Торцовое гидростатическое уплотнение с регулируемым зазором

 

Изобретение может быть использовано в торцовых уплотнениях многорежимных энергомашин с высокими давлениями рабочих сред. Цель изобретения - упрощение конструкции уплотнения. На роторе 2 установлено вращающееся кольцо 1. В корпусе 4 размещено невращающееся кольцо 3. Вторичное уплотнение 6 расположено в канавке 7 на цилиндрической поверхности корпуса 4. Упругий элемент 8 установлен в канавке 7 и контактирует одним торцом с уплотнением 6, а другим с торцовой поверхностью 9 канавки 7, сообщенной с полостью 10 низкого давления. Напорная камера 13 образована кольцом 3, пружиной 5, корпусом 4 и уплотнением 6. На уплотнительной поверхности кольца 3 выполнена гидростатическая камера 11, сообщенная с камерой 13 дросселями 12 и с уплотняемой полостью 14. Подбором жесткостной характеристики элемента 8 и геометрии кольца 3 обеспечивают требуемые величины зазоров в широком диапазоне изменения перепада давления. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю F 16 J 15/34

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0

О

СР (21) 4716988/29 (22) 10.07.89 (46) 07.08,91. Бюл. М 29 (71) Куйбышевский авиационный институт им. акад.С.П.Королева (72) А.И.Белоусов и С.В.Фалалеев (53) 62-762 (088.8) (56) Патент США

5h 2805090, кл. 277-3, 1954. (54) ТОРЦОВОЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ УП.ЛОТНЕНИЕ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ЗАЗОРОМ (57) Изобретение может быть использовано в торцовых уплотнениях многорежимных энергомашин с высокими давлениями рабочих сред. Цель изобретения — упрощение конструкции уплотнения, На роторе 2 установлено вращающееся кольцо 1. В корпусе

Я2„, 1668790 А1

4 размещено невращающееся кольцо 3.

Вторичное уплотнение 6 расположено в канавке 7 на цилиндрической поверхности корпуса 4. Упругий элемент 8 установлен в канавке 7 и контактирует одним торцом с уплотнением 6, а другим — торцовой поверхностью 9 канавки 7, сообщенной с полостью 10 низкого давления. Напорная камера

13 образована кольцом 3, пружиной 5, корпусом 4 и уплотнением 6. На уплотнительной поверхности кольца 3 выполнена гидростатическая камера 11, сообщенная с камерой 13 дросселями 12 и с уплотняемой полостью 14. Подбором жесткостной характеристики элемента 8 и геометрии кольца 3 обеспечивают требуемые величины зазоров в широком диапазоне изменения перепада давления. 4 ил.

1668790

Изобретение относится к уплотнительной технике, а именно к торцовым уплотне ниям многорежимных энергомашин с высокими давлениями рабочих сред, Цель изобретения — упрощение конструкции уплотнения.

На фиг.1 показано торцовое гидростатическое уплотнение с регулируемым зазором; на фиг.2 — схема деформирования кольца под действием перепада давления на уплотнении; на фиг.3 и 4 — схема кольца с эпюрами действующих на него сил при различных значениях давления уплотняемой среды (Wó3 — усилие упругого элемента).

Уплотнение (фиг.1) состоит из вращающегося кольца 1, установленного на оотоое

2, и невращающегося кольца 3, установленного в корпусе 4, пружины 5 и вторичного уплотнения 6. Вторичное уплотнение 6 уста новлено в канавке 7 на цилиндрической поверхности корпуса 4. B канавку 7 установлен упругий элемент 8, взаимодей ствующий одним торцом с вторичным уплотнением б, а другим торцом — с торцовой, поверхностью 9 канавки, сообщенной с полостью 10 низкого давления. Невращающееся кольцо 3 имеет на уплотнительной поверхности гидростатическую камеру 11, соединенную дросселями 12 с напорной камерой 13 и уплотняемой полостью 14, Напорная камера образована пружиной, корпусом, невращающимся кольцом и вторичным уплотнением.

Уплотнение работает следующим обра1 зом.

При работе энергомашины гидростатическая камера 11 обеспечивает бесконтактную работу торцового уплотнения с гарантированным зазором между кольцами

1 и 3. Повышение давления в уплотняемой полости 14 (при переходе на более напряженный режим) вызывает раскрытие уплотнения. Величина зазора определяется гидростатической силы, возникающей в щели уплотнения, и закрывающей силы, pas ной сумме усилия от пружины 5 и гидравлической силы от давления уплотня емой среды, определяемой диаметром расположения вторичного уплотнения.

Повышение уплотняемого давления в бесконтактном торцовом уплотнении вызывает преобладающий рост гидростатического усилия в щели, что и приводит к раскрытию уплотнения, Кольцо 3 при больших перепадах давления на уплотнении будет испытывать деформацию, На фиг.2 показана типичная картина изменения формы уплотнительного кольца под воздействием перепада давления. Для определения перемещений, возникающих в кольцах под действием давления рабочей жидкости, применяют теорию осесимметричной деформации кольцевых дета5 лей Биценю, в которой перемещения поперечного сечения кольца представляют в виде поворота сечения на угол ф относительно нейтральной точки С (фиг.2), напряжения в которой равны нулю, Координата

10 точки Z< определяется только геометрией поперечного сечения, угол прямопропорционален изгибающему моменту относительно точки Z<, На фиг,З приведены эпюры действующих на кольцо сил от перепада

15 давления Р1, которые создают момент M относительно точки Z<. Момент М в случае внешнего расположения уплотняемой среды направлен против часовой стрелки (фиг,2). Это приводит к созданию диффузионного (расширяющегося) зазо20 ра между кольцами 1 и 3. Наличие диффузорности зазора вызывает уменьшение гидростатической силы в щели и, как следствие, величины зазора. При дальнейшем

25 повышении перепада давления на уплотнении (например, с Р1до Р2) вторичное уплотнение б будет перемещаться влево, сжимая упругий элемент 8 (фиг.1), и займет положение, показанное на фиг.4; Величина

его осевого перемещения будет определяться величиной перепада давления, ви30 дом и жесткостью элемента 8. Изменение положения вторичного уплотнения (фиг.4) приведет к появлению дополнительной силы, которая будет создавать

35 момент, направленный против часовой стрелки и увеличивающий диффузорность рабочего зазора.

Таким образом, повышение перепада давления будет приводить к росту гидростатической силы в щели, вызванная перепадом давления диффузорность щели

40 позволит снизить интенсивность роста гидростатической силы и избежать раскрытия уплотнения. При уменьшении перепада давления на уплотнении вторичное уплотнение

6 будет перемещаться вправо и кольцо 3 будет принимать первоначальную форму.

Таким образом будет осуществляться авто50 матическое регулирование величины зазора уплотнения.

Подбором жесткостной характеристики элемента 8 и геометрии уплотнительного кольца 3 можно обеспечить требуемые вели55 чины зазоров в широком диапазоне изменения перепада давления на уплотнении.

Применение предлагаемой конструкции в качестве уплотнения многорежимной энергомашины автоматически обеспечит на всех режимах требуемую герметичность при

1668790 надежной работе, а также упростит его конструкцию.

Формула изобретения С

Pup Г

Составитель И.Пащенко

Техред М;Моргентал Корректор М. Кучеря вая

Редактор А.Шандор

Заказ 2646 Тираж 434 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушскэя наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Торцовое гидростатическое уплотнение с регулируемым зазором, содержащее установленное на роторе вращающееся кольцо и размещенное в корпусе невращающееся кольцо, пружину и вторичное уплотнение, расположенное в канавке нэ цилиндрической поверхности корпуса, напорную камеру для регулирования зазора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции уплотнения, оно снабжено упругим элементом, установленным в канавке на цилиндрической поверхности корпуса и контактирующим одним торцом с вторичным

5 уплотнением, а другим — торцовой поверхностью канавки, сообщенной с полостью низкого давления, при этом напорная камера образована неврэщающимся кольцом, пружиной, корпусом и вторичным уплотне10 нием, а на уплотнительной поверхности невращающегося кольца выполнена гидростатическая камера, сообщенная с напорной камерой дросселями и с уплотняемой полостью.