Ущільнення обертового вала

1. Ущільнення обертового вала, що містить заповнену затворною рідиною під тиском камеру корпусу, в якій розташовані установлені на валу із ущільнювальними зазорами і зафіксовані від ободового прокручування зовнішнє та внутрішнє плаваючі кільця, які виконані складеними з декількох сегментів, забезпечених торцевими ущільнювальними поясками, яке відрізняється тим, що сегменти кожного кільця встановлені всередині рознімного бандажа та зв’язані з ним за допомогою кільцевого чіп-паза, причому на торцях сегментів, протилежних місцю розташування ущільнювальних поясків і виступаючих за межі ширини бандажа, виконані радіальні пази, що чергуються в обо 3 24899 зазорами та зафіксовані стопором від ободового прокручування щодо корпусу зовнішнє та внутрішнє плаваючі кільця. Останні забезпечені ущільнювальними поясками, зв’язаними з ущільнювальними торцевими поверхнями корпусу. Обидва плаваючі кільця виконані складеними з декількох кільцевих сегментів. На торцевих поверхнях таких сегментів (на поверхнях їх спряження один з одним) виконані виступи, розташовані щодо двох суміжних сегментів на різних діаметрах. Між вказаними виступами встановлені проміжні вставки, котрі виконані з матеріалу з коефіцієнтом лінійного розширення більшим, ніж у матеріалу, з якого виконані сегменти кілець. У процесі роботи такого ущільнення, що супроводжується інтенсивним тепловиділенням у затворній рідині, за рахунок дії лінійного подовження вставок на виступи сегментів автоматично регулюється як форма ущільнювальної щілини, так і величина ущільнювального зазора щілини. Тим самим забезпечується саморегулювання ущільнювального зазора (у бік збільшення) залежно від температурного стану плаваючих кілець. Ущільнення викладеної конструкції, як і інші варіанти конструкцій такого типу, ефективні в експлуатації за умови збереження початкового балансування ротора. Викликано це тим, що при необхідності ремонту роторної машини демонтаж ущільнення можливий тільки після демонтажу напівмуфти з ущільнюваного вала. Проведення цих технологічних операцій при демонтажі ущільнення та повторної його установки приводить до порушення початкового балансування ротора. Крім того, для виключення негативних кутових коливань плаваючих кілець у даній конструкції передбачені розтискні пружини, які з великою силою притискують ущільнювальні пояски кілець до торцевих площин корпусу ущільнення. Це усуває куто ві коливання кілець, але створює підвищену силу тертя у торцевому з’єднанні, що знижує здібність кільця до самоцентрування. В основу створення корисної моделі поставлене завдання вдосконалення конструкції плаваючого ущільнення обертового вала у напрямі, що дозволяє проводити в процесі експлуатації його демонтаж без порушення початкового балансування ротора, а також сприяє зниженню теплонапруженості плаваючих кілець та поліпшенню їх вібраційного стану при збереженні високої здатності плаваючих кілець до самоцентрування. Поставлене завдання розв’язується тим, що ущільнення обертового вала, що містить заповнену затворною рідиною під тиском камеру корпусу, в якій розташовані установлені на валу із ущільнювальними зазорами і зафіксовані від ободового прокручування зовнішнє та внутрішнє плаваючі кільця, які виконані складеними з декількох сегментів, забезпечених торцевими ущільнювальними поясками, згідно корисної моделі, сегменти кожного кільця встановлені всередині рознімного бандажа та зв’язані з ним за допомогою кільцевого чіп-паза, причому на торцях сегментів, протилежних місцю розташування ущільнювальних поясків і виступаючих за межі ширини бандажа, виконані радіальні пази, що чергуються в ободовому на 4 прямі, а сформовані радіальними пазами виступи сегментів зовнішнього та внутрішнього плаваючих кілець розташовані один проти одного. Ефективність рішення поставленої задачі збільшується у тому випадку, коли на внутрішній циліндровій поверхні кожного сегмента з боку дії тиску затворної рідини виконане відкрите розширювальне розточування, обмежене в ободовому напрямі центральним кутом, по величині меншим центрального кута сегмента, а лінійний розмір розточування в осьовому напрямі зі сторони, протилежної місцю розташування ущільнювального пояска, складає дві третіх його ширини. Крім того, поліпшення вібраційного стану ущільнення обертового вала досягається за рахунок того, що між співпадаючими виступами сегментів зовнішнього та внутрішнього плаваючих кілець передбачений мінімальний осьовий зазор, що забезпечує радіальну рухливість плаваючих кілець. Установка комплектів сегментів кожного кільця всередині рознімного бандажа та спряження їх з ним за допомогою кільцевого чіп-паза забезпечує можливість проводити демонтаж зношених сегментів плаваючих кілець та їх подальшу заміну без демонтажу напівмуфти приводного кінця ущільнюваного вала. Така конструкція дозволяє проводити збірку-розбирання плаваючих кілець безпосередньо на валу після їх виводу із порожнини камери корпусу. Тим самим, огляд або заміна сегментів плаваючих кілець не супроводжується порушенням початкового балансування ротора. Розміщення сегментів плаваючих кілець у бандажах відкриває можливість підвищення вібростійкості та самоцентрування кільця за рахунок можливості застосування некруглої форми ущільнювальної щілини, що зменшує циркуляційні сили в ній, а, отже, і негативні вібрації самого плаваючого кільця. При цьому використання матеріалів для сегментів і бандажа з підвищеною теплопровідністю значно знижує теплонапруженість плаваючих кілець за рахунок підвищеної тепловіддачі, що зменшує ви трату затворної рідини через них, а також і витрати на охолоджування цієї затворної рідини. Крім того, застосування для сегментів кільця матеріалів з низьким коефіцієнтом тертя дозволяє поліпшити самоцентрування кільця, за рахунок зниження сил тертя у торцевому спряженні кілець з корпусом машини. Виконання на торцях сегментів зі сторони, протилежної місцю знаходження ущільнювальних поясків радіальних пазів, які чергуються в ободовому напрямі, та взаємна орієнтація виступів дво х кілець, формують сумісні радіальні канали, котрі забезпечують багатопоточний вхід затворної рідини в ущільнювальний зазор. Все це запобігає закручуванню потока рідини на вході у плаваючі кільця та зменшують тим самим витрату затворної рідини через них. У свою чергу виконання на внутрішній циліндровій поверхні сегментів розширювальних розточувань відміченої конфігурації додає ущільнювальним зазорам приблизно уступчато-конфузорну форму. По аналогії з принципом роботи гідро-статодинамічного підшипника виникаюча додаткова несуча сила в ущільнювальній щілині покращує умови самоцентрування плаваючих кілець, що веде до підвищення 5 24899 вібронадійності роботи ущільнювального вузла роторної машини. Забезпечення мінімального осьового зазора між співпадаючими виступами зовнішнього та внутрішнього плаваючих кілець дозволяє усун ути розвиток негативних кутових коливань плаваючих кілець без застосування могутніх розтискних пружин, які збільшують силу торцевого притиснення плаваючих кілець до корпусу ущільнення і тим самим знижують здатність їх до самоцентрування. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, на яких зображено: - Фіг.1: подовжній розріз загального виду ущільнення обертового вала; - Фіг.2: місце А на Фіг.1; - Фіг.3: аксонометричне зображення плаваючого кільця. Ущільнення обертового вала 1 роторної машини містить корпус 2, в якому виконана кільцева камера 3 (Фіг.1). Для заповнення камери 3 затворною рідиною, переважно змащувальною, камера 3 сполучена каналом 4 з джерелом подачі затворної рідини під тиском. У камері 3 розташовані встановлені на валу 1 із ущільнювальними зазорами «а» (Фіг.2) плаваючі кільця - внутрішнє 5 і зовнішнє 6 (Фіг.1). Обидва плаваючі кільця є збірною конструкцією, яка включає рознімний бандаж 7 (Фіг.3), всередині якого розташовано декілька кільцевих сегментів 8, торці яких виходять за межі ширини бандажа 7. Бандаж 7 та сегменти 8 плаваючих кілець 5 і 6 зв’язані між собою за допомогою кільцевого чіп-паза 9 (Фіг.3), який розміщений на внутрішній поверхні бандажа 7 та кільцевого паза 10, розміщеного на зовнішній поверхні сегментів 8. На одному з торців плаваючих кілець його сегменти 8 забезпечені ущільнювальними поясками 11, які за допомогою пружини 12 (Фіг.2) знаходяться у постійному контакті з торцевими поверхнями корпусу 2 (Фіг.1). На виступаючих за межі бандажа 7 торцях протилежних ущільнювальним пояскам 11 у сегментах 8 виконані радіальні пази 13 (Фіг.3), що чергуються в ободовому напрямі із заданим кроком. При цьому сформовані радіальними пазами 13 виступи 14 (Фіг.3) на торцях сегментів 8 внутрішнього 5 та зовнішнього 6 плаваючих кілець розташовані один проти одного. Тим самим, двома пазами 13 кілець 5 і 6 утворені канали для забезпечення циркуляції затворної рідини в ущільнювальних зазорах «а» плаваючих кілець 5 і 6. Крім цього, кільця 5 і 6 встановлені так, щоб осьовий зазор «б» (Фіг.2) між їх співпадаючими виступами 14 був мінімально необхідним для забезпечення вільного взаємного радіального переміщення щодо один одного і корпусу 2 на всіх режимах роботи ущільнювального вузла. У свою чергу на внутрішній циліндровій поверхні сегментів 8 з боку дії тиску затворної рідини виконані розширювальні розточування 15 (Фіг.3). Останні в ободовому напрямі обмежені центральним кутом „a”, величина якого менше центрального кута сегмента. В осьовому напрямі лінійний розмір «в» (Фіг.3) розточувань 15, при його відліку зі сторони, протилежної місцю розташування ущільнювальних поясків 11, складає не більше двох третин ширини сегментів 8. Таким чином, на внутрішній поверхні сегментів 8 сформовані розточування 15, які закриті в ободо 6 вому напрямі, а в осьовому - закриті з боку ущільнювальних поясків 11. Сегменти 8 зафіксовані від ободового прокручування в бандажі стопором 16 (Фіг.2). Рознімання бандажа 7 стягується у тангенціальному напрямі гвинтом 17. Для інтенсифікації тепловідвода у бандажах 7 плаваючих кілець виконані радіальні 18 та кільцеві 19 пази. Друге призначення пазів 18 та 19 - зменшення жорсткості бандажа 7. З урахуванням теплонапруженого режиму роботи плаваючих кілець бандажі 7 бажано виготовляти із сплавів на основі алюмінію, а сегменти 8 з бронзи. Збірка плаваючих кілець 5 і 6 проводиться за принципом послідовної установки сегментів 8 у бандажі 7 при їх відкритих роз’ємах. Після спряження цих елементів по поверхнях 9 та 10 кільцевого чіп-паза роз’єм бандажа 7 стягується гвинтом 17. У процесі експлуатації демонтаж сегментів 8 проводиться у зворотному порядку після виведення плаваючих кілець 5 і 6 із порожнини камери 3. У бандажах 7 плаваючих кілець 5 і 6 передбачені пази 20, котрі зв’язані зі стопорами (на Фіг. умовно не показані) для фіксації від ободового прокручування щодо корпусу 2. Ущільнення викладеної конструкції працює за таким принципом. У початковому положенні пружинами 12 плаваючі кільця 5 і 6 притиснуті своїми ущільнювальними поясками 11 до торцевих ущільнювальних поверхонь корпусу 2. Після запуску роторної машини затворна рідина під тиском, що перевищує тиск ущільнюваного газу, по каналу 4 поступає у камеру 3. При дроселюванні в ущільнювальних зазорах «а» плаваючих кілець 5 та 6 затворна рідина перешкоджає витоку газу в атмосферу. За рахунок розточувань 15 сегментів 8 у зазорах «а» між їх внутрішніми поверхнями та ущільнюваним валом 1, що мають уступчатоконфузорну форму (умовно), виникає ефект несучої сили гідро-статодинамічного підшипника, що створює підвищені центруючі сили. Центруючі сили, які виникли в ущільнювальних зазорах «а», передаються на плаваючі кільця 5 і 6, чим забезпечується підвищений ефект стабілізації їх концентричного розташування щодо ущільнюваного обертового вала 1. Процес дроселювання затворної рідини в ущільнювальних зазорах «а» між плаваючими кільцями 5 і 6 та обертовим валом 1 супроводжується інтенсивним тепловиділенням, особливо на внутрішньому кільцю 5, де перепад тиску затворної рідини застосовують мінімально можливим і, отже, тепловідвід у цьому випадку є недостатнім. Негативна дія тепла, що утворилося, нейтралізується у достатній мірі охолоджуванням плаваючих кілець 5 і 6 затворною рідиною за допомогою наступних заходів, передбачених у конструкції ущільнювального вузла. Передбачено, що деталі плаваючого кільця виконані з матеріалів з підвищеною теплопровідністю, а саме: сегменти з бронзи, а бандаж з алюмінієвого сплаву. Такий захід забезпечує підвищений тепловідвід із зони теплоутворення. Крім цього, інтенсивності охолоджування кілець сприяють пази 18 і 19 на зовнішніх поверхнях бандажів 7, які збільшують поверхні тепловідвода. У працюючої роторної машини плаваючі кільця 5 і 6 радіально рухаються услід за поперечними 7 24899 коливаннями обертового вала 1. При цьому вони як би здійснюють плоско-паралельні рухи у корпусі 2 між торцевими поверхнями камери 3. Але на певних режимах роботи роторної машини у плаваючих кілець 5 і 6 можуть виникати кутові коливання. Це відбувається через те, що в ущільнювальній щілині «а», присутній момент гідромеханічної сили, який приводить до розкриття торцевого стику. Через це у відомих ущільненнях при русі плаваючого кільця 5 (умовно) в гору його нижня торцева частина ущільнювального пояска 11 відходить від торцевої поверхні корпусу 2, роз Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 8 криваючи тим самим ущільнювальний стик. Запропонована конструкція ущільнювального вузла максимально обмежує кутову амплітуду коливань кілець 5 і 6. Це відбувається через мінімальний зазор „б” між співпадаючими виступами 14 зовнішнього 6 і внутрішнього 5 плаваючих кілець, який і усуває їх куто ві коливання. При необхідності у процесі експлуатації роторної машини збіркирозбирання ущільнення за викладеним вище принципом умови його роботи не змінюються, оскільки ці дії не порушують первинне балансування ротора. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601