Ущільнення вала
Номер патенту: 45988
Опубліковано: 15.05.2002
Автори: Колесник Сергій Олексійович, Павлюк Сергій Анатолійович, Дейнека Олександр Володимирович, Бондаренко Герман Андрійович, Федоренко Микола Дмитрович
Формула / Реферат
1. Уплотнение вала, содержащее уплотнительный элемент, обращенный к торцевой поверхности вращающегося уплотнительного кольца, причем на обращенных друг к другу уплотняющей поверхности вращающегося уплотнительного кольца или уплотняющей поверхности уплотнительного элемента выполнено множество распределенных по окружности спирально направленных канавок, проходящих от кромки уплотняющей поверхности к границе, проходящей по окружности, соосной уплотнительному кольцу и отделяющей часть уплотняющей поверхности, не имеющую спирально направленную канавку, причем в каждой такой канавке выполнена разделительная перегородка, проходящая от границы и формирующая в канавке два канала, отличающееся тем, что разделительная перегородка образована двумя разделительными стенками, пересекающимися одна с другой с образованием острого угла между ними и обеспечением минимального разрыва потока текучей среды в спирально направленной канавке, при этом стенки разделительной перегородки проходят, одна - от точки пересечения боковой стенки спирально направленной канавки и границы, а другая - от точки пересечения второй боковой стенки спирально направленной канавки и границы, до их пересечения в общей точке.
2. Уплотнение вала по п. 1, отличающееся тем, что стенки разделительной перегородки и/или боковые стенки канавки выполнены изогнутыми.
3. Уплотнение вала по любому из пп. 1-2, отличающееся тем, что наружная кромка уплотнительного вращающегося кольца выполнена в виде круга с диаметром DH, внутренняя кромка вращающегося уплотнительного кольца выполнена в виде круга с диаметром DO, в каждой спирально направленной канавке пересечение разделительных стенок разделительной перегородки расположено на окружности с диаметром DK, и в каждой спирально направленной канавке пересечение разделительных стенок разделительной перегородки и боковых стенок спирально направленной канавки расположено на окружности с диаметром DB, которые связаны либо формулой:
,
в случае, когда спирально направленные канавки выполнены от наружной кромки уплотняющей поверхности уплотнительного элемента, либо формулой:
,
в случае, когда спирально направленные канавки выполнены от кромки внутреннего диаметра вращающегося уплотнительного кольца или уплотнительного элемента.
4. Уплотнение вала по п. 3, отличающееся тем, что ширина уплотняющей поверхности и ширина всей торцевой поверхности вращающегося уплотнительного кольца или уплотнительного элемента определяются либо формулой:
,
если спирально направленные канавки выполнены от наружной кромки уплотняющей поверхности уплотнительного элемента, либо формулой:
,
если спирально направленные канавки выполнены от внутренней кромки уплотняющей поверхности уплотнительного элемента.
5. Уплотнение вала по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что каждая боковая стенка каждой спирально направленной канавки проходит по дуге с радиусом R, где R равно либо (а) половине наружного диаметра DH уплотняющей поверхности уплотнительного элемента, когда канавка проходит от наружной кромки его уплотняющей поверхности, или (б) половине внутреннего диаметра уплотняющей поверхности уплотнительного элемента, когда канавка проходит от внутренней кромки его уплотняющей поверхности, при этом центры дуг лежат на окружности с диаметром D, связанным с наружным диаметром DH уплотняющей поверхности уплотнительного элемента формулой:
6. Уплотнение вала по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что уплотняющая поверхность либо уплотнительного элемента, либо вращающегося уплотнительного кольца, не имеющая спирально направленных канавок, содержит радиальные направляющие прорези, при этом нижняя стенка каждой радиальной направляющей прорези проходит от внутренней или наружной кромки уплотняющей поверхности под острым углом к ней.
Текст
1 Уплотнение вала, содержащее уплотнительный элемент, обращенный к торцевой поверхности вращающегося уплотнительного кольца, причем на обращенных друг к другу уплотняющей поверхности вращающегося уплотнительного кольца или уплотняющей поверхности уплотнительного элемента выполнено множество распределенных по окружности спирально направленных канавок, проходящих от кромки уплотняющей поверхности к границе, проходящей по окружности, соосной уплотнительному кольцу и отделяющей часть уплотняющей поверхности, не имеющую спирально направленную канавку, причем в каждой такой канавке выполнена разделительная перегородка, проходящая от границы и формирующая в канавке два канала, отличающееся тем, что разделительная перегородка образована двумя разделительными стенками, пересекающимися одна с другой с образованием острого угла между ними и обеспечением минимального разрыва потока текучей среды в спирально направленной канавке, при этом стенки разделительной перегородки проходят, одна - от точки пересечения боковой стенки спирально направленной канавки и границы, а другая - отточки пересечения второй боковой стенки спирально направленной канавки и границы, до их пересечения в общей точке 2 Уплотнение вала по п 1, отличающееся тем, что стенки разделительной перегородки и/или боковые стенки канавки выполнены изогнутыми 3 Уплотнение вала по любому из пп 1-2, отличающееся тем, что наружная кромка уплотнительного вращающегося кольца выполнена в виде круга с диаметром DH, внутренняя кромка вращающегося уплотнительного кольца выполнена в виде круга с диаметром DO, в каждой спирально направленной канавке пересечение разделительных стенок разделительной перегородки расположено на окружности с диаметром DK, и в каждой спирально направленной канавке пересечение разделительных стенок разделительной перегородки и боковых стенок спирально направленной канавки расположено на окружности с диаметром DB, которые связаны либо формулой DK-DB = 0,2 - 0,8 , DH -DB в случае, когда спирально направленные канавки выполнены от наружной кромки уплотняющей поверхности уплотнительного элемента, либо формулой DB-DK = 0,2-0,8 DB-DO в случае, когда спирально направленные канавки выполнены от кромки внутреннего диаметра вращающегося уплотнительного кольца или уплотнительного элемента 4 Уплотнение вала по п 3, отличающееся тем, что ширина уплотняющей поверхности и ширина всей торцевой поверхности вращающегося уплотнительного кольца или уплотнительного элемента определяются либо формулой DB-DO = 0,3-0,5 DH-DO если спирально направленные канавки выполнены от наружной кромки уплотняющей поверхности уплотнительного элемента, либо формулой DH-DB = 0,3-0,5 DH-DO если спирально направленные канавки выполнены от внутренней кромки уплотняющей поверхности уплотнительного элемента 5 Уплотнение вала по любому из пп 1-4, отличающееся тем, что каждая боковая стенка каждой спирально направленной канавки проходит по дуге с радиусом R, где R равно либо (а) половине наружного диаметра DH уплотняющей поверхности уплотнительного элемента, когда канавка проходит от наружной кромки его уплотняющей поверхности, или (б) половине внутреннего диаметра уплотняющей поверхности уплотнительного элемента, когда канавка проходит от внутренней О 00 00 ю 45988 4 либо уплотнительного элемента, либо вращающекромки его уплотняющей поверхности, при этом гося уплотнительного кольца, не имеющая спицентры дуг лежат на окружности с диаметром D, рально направленных канавок, содержит радисвязанным с наружным диаметром DH уплотняюальные направляющие прорези, при этом нижняя щей поверхности уплотнительного элемента форстенка каждой радиальной направляющей промулой рези проходит от внутренней или наружной кромки D =0,25-0,4 уплотняющей поверхности под острым углом к DH ней 6 Уплотнение вала по любому из пп 1-5, отличающееся тем, что уплотняющая поверхность Изобретение относится к бесконтактному уплотнению вала для вращающихся валов, которые могут быть использованы в турбомашинах Бесконтактные уплотнения вала имеют преимущества перед уплотнениями, в которых уплотняющие поверхности контактируют друг с другом, благодаря снижению износа и более низкой генерации тепла В статье, озаглавленной "Fungamentals of Spiral Groove Non-contacting Face Seals" Гэбриэла и П Ральфа в журнале Journal of American Society of Lubrication Engineers» Volume 35, 7, pages 367 - 375, статье "Improved Performance of Film-Riding Gas Seals Through Enhancementn of Hydrodynamic Effects" Джозефа Седи в журнале Transactions of the American Society of Lubrication Engineers» Volume 23, 1, pages 35 - 44, описана технология бесконтактного уплотнения и конструктивные критерии, введенные в настоящее описание для справки В патенте США 4,212,475 описано уплотнение вала турбомашины, содержащее спирально заложенный уплотняющий элемент и вращающееся уплотнительное кольцо, одна торцевая грань которого имеет уплотняющую наружную поверхность и множество спиральных канавок Канавки образованы двумя поперечными горизонтальными дугами, соединенными одной третью круга, которая является границей между канавками, и уплотняющая поверхность образована четырьмя выступами два выступа на границе с уплотняющей поверхностью и два выступа на входных торцевых поверхностях вращающегося кольца или кольцевого элемента, которые могут быть выполнены на наружной или внутренней кромке одного из упомянутый колец В этом случае ширина уплотняющей зоны (перемычки) и ширина всей торцевой поверхности кольца определяются согласно формуле OD-ID если канавка выполнена от наружной кромки вращающегося кольца или кольцевого элемента, и OD-GD = 0,5 - 0,8, OD-ID если канавка выполнена от внутренней кромки одного из колец, где OD - наружный диаметр, Ю внутренний диаметр, GD - диаметр круга, определяемый границей канавок и уплотняющей поверхности Образование канавок обусловлено необходи мостью предотвращения износа торцевых поверхностей элемента и кольца, который происходит из-за трения их друг о друга При вращении кольца газ, передаваемый из камеры, улавливается или захватывается в канавках и вынужден двигаться в направлении к центру В процессе вращения газ в канавках сжимается, его давление возрастает, и создается сила, воздействующая на элемент и способствующая образованию зазора между торцевыми поверхностями кольцевого элемента и кольца Эти сила и зазор являются примерно постоянными в условиях, когда режим работы компрессора является постоянным и гарантированы номинальные скорость вращения вала и давление в зазоре В переходных условиях, когда, например, скорость вращения снижается и давление газа внутри камеры остается высоким, равновесие сил, воздействующих на кольцо и элемент снаружи и внутри зазора, нарушается В это время заявитель мог наблюдать деформацию, трение торцевых поверхностей кольца и элемента друг о друга, их изнашивание и повреждение Изменение режима работы приводит к возрастанию вибрации ротора, угловым осцилляциям вращающегося уплотнительного кольца, которые ведут к износу уплотняющих торцевых поверхностей и повреждению уплотнения Поэтому недостатком упомянутого уплотнения вала является низкая надежность при работе в неустановившихся переходных условиях вследствие нестабильности зазора между уплотняющими торцевыми поверхностями кольца и элемента (неустойчивости и нестабильности слоя рабочей среды в зазоре) В российском авторском свидетельстве 1,535,122 описано уплотнение вала из подпружиненного кольцевого уплотнительного элемента и вращающегося уплотнительного кольца, при этом одна торцевая поверхность уплотнительного кольца является уплотняющей поверхностью с множеством спиральных канавок, выполненных в ней с разделительными перегородками Разделительные перегородки в каждой спиральной канавке имеют, по существу, форму прямоугольного утолщения или вздутия Утолщение или вздутие разделяет каждую канавку на две полости, оканчивающиеся тупыми выступами Разделительные перегородки выполнены заодно целое с уплотняющей поверхностью и заподлицо с торцевой поверхностью кольца Эти перегородки предназначены для усовершенствования или улучшения течения газа в канавках по сравнению с канавками 45988 с кольцевыми выступами, и, следовательно для стабилизации радиального слоя рабочей среды внутри торцевого зазора Однако уплотнения вала с перегородками такого типа предусматривают нестабильность газового слоя при переходных неустановившихся условиях, например, в процессе запуска, выключений и остановок или изменения скорости двигателя Это ведет к нарушению стабильности радиального слоя рабочей среды у торца зазора при неустановившихся переходных условиях, (например, при запуске или выключении), и это приводит к деформации и вибрации кольца и элемента и, следовательно, к локальному истиранию торцевых поверхностей элемента и повреждению уплотнения В патенте ЕР-А-0 595 437 описано бесконтактное газовое уплотнение с треугольной геометрией канавок Вид канавок обеспечивает двунаправленную работу уплотнения Задачей настоящего изобретения является обеспечение стабильного радиального слоя рабочей среды у торцевого зазора при различных режимах работы, включая неустановившиеся переходные условия, для обеспечения стабильной работы турбомашини посредством улучшения формы канавок Рабочей средой обычно является газ Поставленная задача решается тем, что создано уплотнение вала, описанное в п 1 Предпочтительно, перегородки спрофилированы таким образом, чтобы образовывать только направленные под острым углом поверхности для течения газа, вследствие этого вызывая только слабый разрыв газового потока Настоящее изобретение предусматривает перегородки, которые обеспечивают ровное течение газа вокруг перегородки и/или в каналах Поэтому обеспечивается заметное улучшение стабильности газового слоя, особенно при неустановившихся переходный условиях, в сравнении с прямоугольными перегородками, известными из уровня техники Авторы настоящего изобретения теоретически предположили, что известные перегородки действуют в качестве препятствий течению газа в канавках вследствие тупой поверхности, создаваемой перегородкой Следовательно, перегородки вызывают турбулентность в газовом потоке и действуют как препятствие газовому потоку и посредством этого снижают стабильность газового слоя, особенно, при неустановившихся переходных условиях Перегородки могут иметь любую пригодную форму, но предпочтительнее, разделительные перегородки выполнены в форме клина, например, образованного посредством пересечения дуг, соединяющих пары противолежащих выступов Согласно предпочтительным вариантам изобретения уплотнение должно иметь следующие характеристики Наружный диаметр уплотнительного кольца обозначен как DH, внутренний диаметр обозначен DO В случае, когда перегородки проходят от наружной кромки уплотнительного кольца, диаметр окружности DK, на которой расположены выступы клиновой перегородки, и диаметр окружности DB, которая является границей между канавками и уплотняющей поверхностью, определяются согласно формуле Ш Ш =0,2-0,8, DH-DB Ширина уплотняющей поверхности и вся торцевая лицевая поверхность уплотнительного кольца определяется по следующей формуле DB-DO = 0,3-0,8, DH-DO когда канавки проходят от наружной кромки уплотнительного кольца, и DH-DK = 0,2-0,8, DB-DO и ширина уплотняющей поверхности и всей торцевой поверхности уплотнительного кольца DH-DB = 0,3-0,5, DH-DO в случае, когда канавки выполнены от внутренней кромки кольцевого элемента, где DH - диаметр наружной кромки уплотнительного кольца, DK - диаметр круга, на которой расположены выступы клиновых перегородок в канавках, DB - диаметр окружности, которая является границей между канавками и уплотняющей поверхностью, DO - внутренний диаметр уплотняющего кольца Кроме того, дуги, образующие боковые кромки канавок, могут быть выполнены с радиусом R R равен половине наружного диаметра DH уплотнительного кольца в случае, когда канавки выполнены от наружного диаметра R равен половине внутреннего диаметра DO в случае, когда канавки выполнены от внутренней кромки кольца R измеряется от точки на окружности, диаметр которой связан с наружным диаметром DH следующей зависимостью — = 0,25-0,4, DH где D является диаметром окружности, на которой расположены центры радиусов боковых кромок канавок Кроме того, или альтернативно, наружный диаметр поверхности уплотнительного элемента, противоположной спиральным канавкам в уплотнительном кольце, может иметь радиальные направляющие прорези Направляющие прорези образованы под острым углом к противолежащей торцевой поверхности с целью снижения потерь на входе давления газа, поступающего в спиральные канавки Радиальные направляющие прорези на наружной торцевой поверхности без канавок и элемента, и уплотнения, выполненные под острым углом к плоскости торцевой поверхности, обеспечивают снижение потерь давления на входе, снижение температуры и снижение потерь энергии Эти прорези способствуют исключению завихрения потока на входе в торцевом зазоре и увеличению стабильности течения газа в уплотняющем зазоре S и, следовательно, поддержанию постоянного уплотняющего зазора S Длина уплотняющего зазора между кольце 45988 вым элементом и вращающимся кольцом поддерживается равенством газового и статического усилий, воздействующих на уплотняющий торец в зазоре, а также усилий, воздействующих на наружную поверхность уплотнительного кольцевого элемента и вращающегося кольца, воздействий пружины (или другого смещающего средства) и газового усилия и силы динамического равновесия, полученных в результате воздействия спиральных канавок на рабочую среду Конечно, зазор S может изменяться в зависимости от конкретной установки с последующим изменением ширины уплотняющей поверхности и/или длины канавок При неустановившихся переходных условиях, обусловленных изменением рабочего режима компрессора, например, при запуске или выключении, острые углы, образованные перегородкой на внутреннем диаметре канавки обеспечить зоны высокого давления, поддерживаемого в рабочем зазоре S Регулировка плотности газовой пленки, т е зависимость от режима работы газа, может осуществляться путем изменения угла перегородки в канавке В результате этого может быть создано базовое давление, которое создает усилие, поддерживающее постоянным размер уплотняющего зазора при смещении элемента Это регулирует ослабление вибрации и деформацию путем поддержания равновесия сил в процессе изменения режима работы Это приводит к тому, что торцевые поверхности остаются, по существу, параллельными, снижая таким образом их износ Клиновидная разделительная перегородка, образующая острый угол, направленный внутрь канавки для встречи поступающего газа, обеспечивает улучшение аэродинамики движения рабочей среды к одному или другому углу канавки Взаимозависимость диаметров Ш ~ Ш =0,2-0,8 и DH-DB DB-BK = 0 2 _ 0 8 DB-DO обеспечивает в описываемой установке оптимальное течение газа в канавке Зависимость DB-DO = 0,3-0,5, и DH-DO DH-DB = 0,3-0,5, DH-DO обеспечивает точную калибровку и измерение спиральных канавок для получения усилия, необходимого для создания оптимального зазора S между торцевыми лицевыми уплотняющими поверхностями вращающегося элемента и уплотнительный элемент, где DH - наружный диаметр уплотнительного элемента, DK - диаметр окружности, на которой расположены клиновидные выступы (перегородки) канавок, DB - диаметр окружности, которая является границей между канавками и уплотняющей поверхностью, DO - внутренний диаметр кольца 8 Для дополнительного улучшения аэродинамики в канавках дуги, образующие боковые кромки канавок, имеют радиус R R равен либо половине наружного диаметра кольца в случае, когда канавки выполнены от наружной кромки кольца DH, или половине внутреннего диаметра DO, когда канавки выполнены от внутренней кромки кольца Центры дуг расположены на окружности, диаметр которой связан с наружным диаметром кольца следующей зависимостью D = 0,25-0,4, DH где D - диаметр, на котором расположен центр радиуса боковых кромок канавок В вышеописанных вариантах зависимости могут быть определены экспериментальным путем В описанных вариантах ограниченные диапазоны дают наибольшее улучшение стабильности уплотнения Таким образом, с помощью описанных выше средств уплотнение вала обеспечивает стабильный слой рабочей среды с внутренней стороны торца при различных режимах работы турбомашины, включая неустановившиеся условия Спиральные канавки, предпочтительнее, могут быть выполнены в не вращающемся уплотнительном элементе, а не во вращающемся уплотнительном кольце Это может потребовать изменения размеров канавок для обеспечения зазора S вследствие уменьшенного потока среды в канавках Небольшие объемы, связанные с оконечностью каждого канала, в которые текучая среда нагнетается при неустановившихся переходных условиях, обеспечивают зоны высокого давления, которое поддерживает расстояние между вращающимся уплотнительным кольцом и не вращающимся уплотнительным элементом Форма канавки и стенок перегородки сконструирована таким образом, чтобы заставить течь текучую среду для поддержания необходимого давления Далее будет описан предпочтительный вариант настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, где фиг 1 изображает вид уплотнения б продольном сечении, фиг 2 - сечение по А-А на фиг 1 с канавками, выполненными на наружном диаметре кольца, фигЗ - сечение по А-А на фиг 1 с канавками, выполненными на внутреннем диаметре кольца, фиг 4 - сечение по В-В на фиг 1, фиг 5 - сечение по С-С на фиг 4, фиг 6 - схематическую карту распределения сил давления, работающих на уплотнения, фиг 7 - в увеличенном виде части уплотнительного кольца по фиг 2, фиг 8 - разрез по А-А на фиг 7 (не в масштабе), и фиг 9 - разрез по В-В на фиг 7 (не в масштабе) Изобретение предусматривает уплотнение вала, содержащее кольцевой уплотнительный элемент 1 с прижимной пружиной 2 и вращающееся кольцо 3 Торцевая поверхность 4 кольца 3 имеет уплотняющую поверхность 5 и множество 10 45988 DK - диаметр окружности, на которой распоспиральных канавок 6, проходящих от ее внутложены выступы клинов (перегородок) 7 и каренней или наружной периферии под углом виннавки, товой линии Таким образом канавки 6 имеют разделительную перегородку, выполненную заодно DB - диаметр окружности, которая является целое с уплотняющей лицевой поверхностью и границей канавок 6 и уплотняющей поверхности 5, заподлицо с торцевой поверхностью 4 ПерегоDO - внутренний диаметр кольца 3 или элеродка 7 выполнена в форме клина 7, образованмента 1 ного посредством пересечения вспомогательных Если канавки 6 выполнены от наружной дуг 8 и 9, соединяющих пары противолежащих кромки уплотняющей поверхности, поперечные выступов 10 и 11, 12 и 13, расположенных на дуги, соединяющие выступы 10, 1 2 и 13, 11 канавходном конце канавок и диаметра круга, который вок 6, образованные от торца наружного диаявляется границей канавок и уплотняющей пометра кольца 3, могут быть выполнены с радиуверхности 5, образующей два острых угла в высом R, который равен половине величины наружступах 10 и 13 на границе между канавками 6 и ного диаметра DH кольца 3 уплотняющей поверхностью 5, а также острый Если канавки проходят от внутренней кромки угол 14, направленный внутрь канавок 6 уплотняющей поверхности, поперечные дуги могут быть выполнены с радиусом R, который равен Канавки могут отходить как от боковой пополовине величины внутреннего диаметра кольца верхности наружного диаметра DH кольца 3, так и 3 от боковой стороны ее внутреннего диаметра DO Мелкие канавки 6 (смотри фиг 2) выполнены в В обоих случаях центр окружности с радиусом поверхности уплотнительного кольца 6 обращенR дуг, расположен на диаметре, который опреденой к уплотнительному элементу 1 Дно канавок ляется в соответствии с формулой по ширине поперечного сечения является плоским — = 0,25-0,4, (смотри фигуры 7, 8 и 9 изображающие сечения АDH А и В-В) и проходят по углу винтовой линии радигде D - диаметр окружности, на которой устаально внутрь от одного конца, открытого к наружновлен центр дуг с радиусом R боковых кромок ной периферии кольца до направленных внутрь канавок заостренных концов у выступов 10 и 13 (снова В дополнение или альтернативно наружный смотри фиг 2) Выступы 10, 13 расположены с индиаметр торцевой поверхности 15, т е на торцетервалом по радиусу наружу от внутренней перивой поверхности кольцевого уплотнительного ферии кольца, оставляют радиальную секцию поэлемента 1, не имеющей спиральных канавок 6, верхности 5 кольца (зона перемычки), в которой имеет радиальные направляющие прорези 16, нет канавок Направление спирали канавок в этом выполненные под острым углом к торцевой послучае противоположно направлению вращения верхности 15 Кольцевой уплотнительный элемент вала 1 и вращающееся кольцо 3 размещены в камере Наружный диаметр DH вращающегося кольца 18 вала 17 и имеют наружные поверхности 19, 20, 3, диаметр DK окружности, на которой размещены 21 и 22 выступы клинов (перегородок) 7, диаметр DB окРабочий (уплотняющий) зазор S образован ружности, которая является границей между камежду торцевыми поверхностями кольца 3 и упнавками 6 и уплотняющей поверхностью 5, внутлотнительного элемента 1 ренний диаметр DO уплотнительного кольца 3 Изобретение предусматривает уплотнение связаны в соответствии с формулой вала, работающее следующим образом При раШ боте турбомашини рабочая среда, например пе- Ш =0,2-0,8, реносимый газ, перемещается к камере 18 над DH-DB вращающимся кольцом 3 и уплотнительным элеесли канавки 6 выполнены от наружной ментом 1 При вращении вала 17 переносимый газ кромки уплотнительного кольца, или движется через направляющие прорези 16 и спиD B D K =0,2-0,8, ральные канавки 6, в которых, двигаясь в направDB-DO лении к центру и наталкиваясь на уплотняющую если канавки 6 выполнены от внутренней поверхность 5, газ сжимается, и его давление возкромки уплотнительного кольца растает В процессе работы газ, нагнетаемый до Ширина уплотняющей поверхности 5 и шиболее высокого давления, течет по радиусу рина внутренней торцевой поверхности кольца 3 внутрь вдоль канавок, достигая максимального со спиральными канавками 6 связаны следующей давления у кончиков выступов 10, 13 канавок Боформулой лее высокое давление воздействует на пружину 2, открывающую небольшую щель или зазор S (см D B D O =0,3-0,5, фиг 1) между уплотнительным элементом 1 и DH-DO кольцом 3 Просачивание газа через зазор происесли канавки 6 выполнены от торца наружной ходит с низкой проектной скоростью (смотри упокромки наружного диаметра кольца, и мянутые выше статьи) Когда вал 17 не вращаDH-DB ется, пружина 2 побуждает подвижный элемент 1 = 0,3-0,5, DH-DO уплотнения закрывать зазоры В настоящей конесли канавки 6 проходят от внутренней кромки струкции уплотнение не является двунаправленкольца 3, где ным, и разделяющие уплотнение давление не DH - наружный диаметр кольца 3 или элесоздаются в обоих направлениях вращение вала мента 1, имеющего канавки 6, Однако эта же самая технология может быть ис 11 45988 пользована для двунаправленных уплотнений Соответственно, форма канавок может быть приспособлена к определению размера зазора S, который обычно равен нескольким микронам Величина уплотняющего торцевого зазора поддерживается посредством уравнивания газового и статического усилий, воздействующих на уплотняющие торцевые поверхности 4 и 15 и наружные поверхности 19, 20, 21 и 22 элемента 1 и кольцо 3, а также усилия спирали и усилий газа и динамического равновесия, полученных в результате воздействия спиральных канавок на рабочую среду В конструкции уплотнения давления, развиваемое в зазоре S, уравновешивается давлением, существующих у обратной стороны закрепленного элемента уплотнения 1 (показано в виде кривой давления слева от закрепленного уплотнительного элемента) Радиальное размещение 0-колыда RA (обычно называемого вспомогательным уплотнением) определяет область обратной стороны, которая подвержена воздействию системы давления Диаметр, на котором помещено вспомогательное уплотнение, является "равновесным диаметром"уплотнения При изменении режима работы, например, при запуске или выключении, в рабочем зазоре в углах канавок у выступов 10 и 13 будет создаваться заданное давление, регулирующее плотность газовой пленки в зазоре При высокой скорости вращения (при постоянном перепаде давления на уплотнении и в рабочем зазоре S) газ, который должен сжиматься, движется вдоль стенки, соединяющей выступы 12 и 10, и будет сжиматься внутри угла у выступа 10 При работе в переходных неустановившихся режимах в процессе запуска или выключения компрессора при максимальном давлении газ, по существу, перемещается вдоль стенки, соединяющей выступы 13 и 11, благодаря низкой окружной 20 12 скорости вращающегося кольца 3 и сжимается в угле выступа 13 Таким образом, при изменении режимов работы узел уплотнения будет иметь более широкий диапазон устойчивой работы без трения рабочих поверхностей при низких оборотах вращения вала по сравнению с другими формами канавок При аксиальном взаимном отклонении уплотнительного элемента 1 и вращающегося уплотнительного кольца 3, например, при осевой вибрации, величина уплотняющего зазора S будет изменяться Увеличение уплотняющего зазора приводит к увеличению радиальной компоненты газа в зазоре При этом газ будет сжиматься в угле 13 Уменьшение уплотняющего зазора S приводит к увеличению окружной компоненты скорости газового потока в зазоре Газ будет сжиматься в угле у выступа 10 Таким образом, изобретение предусматривает форму спиральных канавок 6, которая значительно снижает осевую вибрацию и вызывает ее затухание При этом рабочие поверхности уплотняющего зазора не контактируют Уплотнение вала имеет способность самоориентации, когда происходят угловые отклонения уплотнительного элемента 1 относительно вращающегося кольца 3 При возникновении угловой деформации или перекашивания (т е происходит увеличение уплотняющего радиального зазора S на одной стороне и уменьшение его на другой стороне) Как описано выше, настоящее уплотнение обеспечивает уравновешивание сил в уплотняющем зазоре S и посредством этого уменьшает угловое перекашивание, т е обеспечивает угловую стабилизацию узла уплотнения Как видно из чертежей, в любом из вариантов, различные круги и окружности являются концентрическими, и центры лежат на оси вращения вращающегося кольца 3 Ї/////У ФИГ. 1 13 45988 ФИГ 2 ФИГ. З ФИГ. 4 14 15 45988 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 16
ДивитисяДодаткова інформація
Автори англійськоюBondarenko Herman Andriiovych, Fedorenko Mukola Dmytrovych, Pavliuk Sergii Anatoliiovych, Deineka Oleksandr Volodymyrovych
Автори російськоюБондаренко Герман Андреевич, Федоренко Николай Дмитриевич, Павлюк Сергей Анатольевич, Дейнека Александр Владимирович
МПК / Мітки
МПК: F16J 15/34
Мітки: вала, ущільнення
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/8-45988-ushhilnennya-vala.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Ущільнення вала</a>