Щелевое уплотнение вала

Авторы патента:

F16J15/16 - между подвижными относительно одна другой поверхностями (F16J 15/50,F16J 15/52 имеют преимущество ; мехи F16J 3/06; поршневые кольца или уплотнительные кольца подобной конструкции F16J 9/00; уплотнения для шпинделей клапанов F16K 41/00)

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к конструкциям турбомашин и другой газоперекачивающей технике. В щелевом уплотнении вала втулка выполнена в виде тонкостенной цилиндрической оболочки с жесткими фланцами на концах, соединенных между собой при помощи крепежа. Для обеспечения минимальных утечек уплотняющего масла в газовую полость турбомашины при работе, упрощения технологии изготовления, а также повышения надежности и долговечности щелевого уплотнения вала, на всю поверхность втулки нанесен износостойкий слой окиси алюминия, а крепеж выполнен из материала, имеющего температурный коэффициент линейного расширения меньше температурного коэффициента линейного расширения материала втулки.

Щелевое уплотнение вала относится к машиностроению, в частности к конструкциям турбомашин и другой газоперекачивающей технике.

Известно уплотнение вращающегося вала (RU №2211973 F 16 J 15/16 от 10.09.2003), содержащее втулку, уплотняющую вал, причем втулка состоит из тонкостенной цилиндрической оболочки с жесткими фланцами на концах, соединенных между собой крепежом с упругими элементами. В одном из фланцев выполнены питательные каналы с карманами и разгрузочная кольцевая канавка с каналами. На рабочей поверхности втулки имеется износостойкий слой окиси алюминия. Втулка имеет свободу радиальных перемещений, но зафиксирована от проворота шпонкой. Крепежные соединения между жесткими фланцами с упругими элементами, расположенные равномерно по периметру втулки, позволяют выставить минимальный равномерный зазор между валом и втулкой, уплотняющий газовую полость турбомашины. Коэффициент линейного расширения материала втулки выше коэффициента линейного расширения материала вала.

В процессе изготовления и эксплуатации выявлены недостатки известного уплотнения вращающегося вала:

- Увеличенная утечка масла в газовую полость в связи с температурными деформациями втулки при наличии упругого элемента в крепеже;

- Сложная технология изготовления втулки, связанная с нанесением износостойкого слоя окиси алюминия только на ее рабочую поверхность;

- Невозможность обеспечения герметичности полости между маслом и газом резиновым кольцом в связи с разбросом осевого размера камеры уплотнения.

Задачей полезной модели является обеспечение минимальных утечек уплотняющего масла в газовую полость турбомашины при работе, упрощение технологии изготовления, а также повышение надежности и долговечности щелевого уплотнения вала.

Задача решается путем нанесения износостойкого слоя окиси алюминия на всю поверхность втулки, изготовленной из алюминиевого сплава, а также использованием для крепежа материалов, имеющих температурный коэффициент линейного расширения меньше температурного коэффициента линейного расширения материала втулки, крепеж стягивает жесткие фланцы втулки без применения упругих элементов (пружин), и применением обоймы с набором мелких податливых цилиндрических пружин для компенсации осевого размер камеры уплотнения.

Полезная модель поясняется фигурой, где представлен продольный разрез щелевого уплотнения вала.

Щелевое уплотнение вала, содержит втулку 1, состоящую из тонкостенной цилиндрической оболочки с жесткими фланцами на концах 2 и 3, соединенных между

собой крепежом 4, обойму 5, набор мелких податливых цилиндрических пружин 6 с центрированием по наружной поверхности в отверстиях обоймы 5 и фланца 3, уплотнительные кольца 7 и 8. Эти уплотнительные кольца 7 и 8 обеспечивают герметичность пространства между внутренней поверхностью обоймы 5 и внешней поверхностью втулки 1, а также между ближайшим к газовой полости торцом обоймы 5 и торцом корпуса 9 соответственно. Во фланце 2 выполнены питательные каналы 10 с карманами 11 и разгрузочная кольцевая канавка 12 с каналами 13. Необходимый равномерный зазор между втулкой 1 и валом, уплотняющим газовую полость, обеспечивается деформацией фланцев 2 и 3 путем затяжки крепежа 4 с применением стальных колец 14 и 15. Кольцо 15, примыкающее к фланцу 3, соединяется с крепежом 4 и служит для ограничения осевого перемещения обоймы 5 по внешней поверхности втулки 1. Втулка 1 имеет свободу радиальных помещений и зафиксирована от проворота шпонкой 16. На всю поверхность втулки 1 нанесен износостойкий слой окиси алюминия. Втулка 1 может быть изготовлена из алюминиевого сплава.

Устройство работает следующим образом.

Масло под давлением, несколько превышающим давление газа, по питательным каналам 10 поступает в зазор между втулкой 1 и валом, при этом фланец 2 втулки 1 ограничивает утечки масла в сливную полость с атмосферным давлением, а тонкостенная цилиндрическая оболочка втулки 1 ограничивает утечки масла в газовую полость высокого давления. Пленка уплотняющего масла в зазоре между тонкостенной цилиндрической оболочкой втулки 1 и валом препятствует утечке газа из турбомашины. При вращении вала благодаря карманам 11, а также возникающим при затяжке крепежа волнам деформации внутренней рабочей поверхности втулки, создаются гидродинамические радиальные центрирующие силы, которые позволяют втулке 1 центрироваться относительно оси вала. При нагреве уплотнения во время работы происходит тепловое расширение вала. Одновременно подвергается тепловому расширению втулка 1 как в радиальном, так и в осевом направлениях. Ограничение теплового расширения втулки 1 в осевом направлении крепежом 4, выполненным из материала с меньшим температурным коэффициентом линейного расширения, чем у материала втулки, приводит к сохранению минимального зазора между валом и втулкой 1. Использование стальных колец 14 и 15 способствует равномерной деформации фланцев 2 и 3, втулки 1 и ее внутренней рабочей поверхности. Благодаря этим факторам обеспечиваются минимальные утечки масла в газовую полость турбомашины, повышается надежность и долговечность щелевого уплотнения вала.

1. Щелевое уплотнение вала, содержащее втулку, выполненную в виде тонкостенной цилиндрической оболочки с жесткими фланцами на концах, соединенными между собой при помощи крепежа, отличающееся тем, что содержит обойму, надетую на втулку между торцом корпуса и ближайшим к газовой полости фланцем, замыкающую осевое усилие набора мелких податливых цилиндрических пружин с центрированием по наружной поверхности в отверстиях обоймы и этого фланца, уплотнительные кольца между внутренней поверхностью обоймы и внешней поверхностью втулки, а также между торцом обоймы и торцом корпуса, находящимися ближе к газовой полости, причем втулка зафиксирована от проворота шпонкой, износостойкий слой окиси алюминия на всей поверхности втулки.

2. Щелевое уплотнение вала по п.1, отличающееся тем, что втулка выполнена из алюминиевого сплава с износостойким покрытием, а крепеж изготовлен из материала, имеющего температурный коэффициент линейного расширения меньше температурного коэффициента линейного расширения материала втулки.

3. Щелевое уплотнение вала по п.1, отличающееся тем, что на внутреннюю рабочую поверхность втулки нанесено износостойкое покрытие.