многоступенчатое бесконтактное уплотнительное устройство

Формула изобретения

1. Многоступенчатое бесконтактное уплотнительное устройство, содержащее расположенные последовательно за герметизируемым пространством щелевое уплотнение, разгрузочную полость с дренажным отверстием, профилированное бесконтактное уплотнение с закрепленной на валу втулкой, вторую разгрузочную полость с дренажным отверстием и расположенным у ее конца отбойным элементом, отличающееся тем, что отбойный элемент, выполненный в виде диска, установлен на валу напротив торца втулки и между ними зажато установленное также на валу кольцевое уплотнение из жесткого материала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевое уплотнение изготовлено из материала, имеющего коэффициент температурного расширения, меньший чем материал вала, который изготовлен из стали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к общему машиностроению, а его объектом является многоступенчатое бесконтактное уплотнительное устройство, предназначенное в основном для уплотнения валов насосов, используемых для перекачки агрессивных жидких сред.

Известно, что контактные уплотнительные устройства, обеспечивая высокую степень герметизации, подвержены трению и износу, что ограничивает их долговечность, а также является причиной энергетических потерь и повышения температуры уплотняемых элементов. Бесконтактные уплотнительные устройства таких недостатков не имеют, но их степень герметизации значительно ниже. Известны комбинированные уплотнительные устройства, включающие бесконтактные уплотнения, выполняющие свои функции во время работы машины или двигателя, и контактные уплотнения, предназначенные в качестве стояночного уплотнения. Одно из таких устройств содержит в качестве бесконтактного уплотнения лабиринтно-винтовое уплотнение между втулкой и буксой корпуса и упругое кольцо между втулкой и валом, а в качестве контактного уплотнения - торцевое стояночное уплотнение, отжимаемое в процессе работы давлением рабочей среды [1]. Это устройство обеспечивает высокую степень герметизации только во время простоя машины или двигателя, а в процессе работы его эффективность соответствует эффективности одноступенчатого бесконтактного уплотнения. Вместе с тем настройка указанного устройства относительно сложна, а уплотнение между втулкой и валом может быть осуществлено только с использованием резинового кольца, что ограничивает температурный диапазон использования такого уплотнительного устройства и не позволяет его применять при агрессивных рабочих средах.

Более простыми и также обладающими комбинированным действием являются уплотнительные устройства бесконтактного типа с разгрузочными полостями, сообщенными дренажным отверстием с системой циркуляции рабочей среды. Очевидно, что и в таких устройствах необходимо обеспечить возможно более высокую степень герметизации уплотняющих элементов, чтобы свести к минимуму затраты энергии на возврат протечек в систему циркуляции рабочей среды.

К такому высокоэффективному уплотнительному устройству относится устройство, являющееся ближайшим аналогом изобретения и содержащее расположенные последовательно за герметизируемым пространством щелевое уплотнение, в частности, опору вращения вала, разгрузочную полость с дренажным отверстием, профилированное бесконтактное уплотнение с закрепленной на валу втулкой, вторую разгрузочную полость с дренажным отверстием и расположенный у ее конца отбойный элемент [2] . Такое двухступенчатое уплотнительное устройство сочетает в себе элементы статического и динамического бесконтактных уплотнений и обладает относительно высокой степенью герметизации. Однако в подобном известном устройстве отсутствует уплотнение по валу, а поэтому между ним и втулкой в процессе работы может сползти пленка рабочей среды, в частности масла. Вместе с тем конструкция устройства позволяет использовать в качестве уплотнения по валу только резиновое кольцо в канавке на внутренней поверхности втулки.

В основу изобретения поставлена задача создания такого многоступенчатого бесконтактного уплотнительного устройства, которое полностью перекрывало бы пути возможных протечек рабочей среды из герметизируемого пространства наружу и при этом могло бы работать в условиях высокой температуры и агрессивной рабочей среды.

Эта задача решена в уплотнительном устройстве, содержащем расположенные последовательно за герметизируемым пространством щелевое уплотнение, разгрузочную полость с дренажным отверстием, профилированное бесконтактное уплотнение с закрепленной на валу втулкой, вторую разгрузочную полость с дренажным отверстием и отбойным элементом у ее конца на выходе устройства, в котором в соответствии с сущностью изобретения отбойный элемент, выполненный в виде диска, установлен на валу у торца втулки и между ними зажато установленное также на валу кольцевое уплотнение из жесткого материала.

Указанное расположение элементов уплотнительного устройства позволило применить кольцевое уплотнение из любого подходящего жесткого материала, что позволяет обеспечить работу устройства при высокой температуре и/или в условиях агрессивной среды с надежным уплотнением по валу. При этом для увеличения степени герметизации по валу предпочтительно, чтобы материал, из которого изготовлено кольцевое уплотнение, имел коэффициент температурного расширения меньше чем у стали, из которой изготовлен вал. Таким материалом может быть, в частности, материал на основе графитовой композиции, например силицированный графит.

На чертеже показано предлагаемое устройство, продольный разрез.

Изображенный на чертеже узел относится к концевому уплотнительному устройству многовинтового насоса, предназначенного для перекачки агрессивных огнестойких масел и работающего с высокой степенью нагрева вала 1. Опорой вращения вала 1 является подшипник скольжения 2, выполняющий также функцию щелевого уплотнения, способствуя герметизации внутреннего пространства насоса.

В корпусе 3 насоса непосредственно за подшипником 2 сформирована разгрузочная полость 4 с дренажным отверстием 5. За этой полостью расположено динамическое винтоканавочное уплотнение, состоящее из буксы 6 и втулки 7, закрепленной на валу 1. С помощью крышки 8 сформирована еще одна разгрузочная полость 9 с дренажным отверстием 10, в конце которой у выходного конца вала 1 расположен отбойный диск 11.

В торце втулки 7, обращенном к отбойному диску 11, выполнена кольцевая расточка и в ней размещено уплотнительное кольцо 12 из силицированного графита, который не подвержен разрушению от действия агрессивного огнестойкого масла. Это кольцо 12 вместе с отбойным диском 11 поджато к втулке 7 муфтой 13, проходящей через отверстия в крышке 8.

Во время работы часть масла проходит через щелевое уплотнение 2 в первую разгрузочную полость 4 и вытекает из дренажного отверстия 5. В зависимости от давления подпора в дренажном отверстии 5 и расхода протечек через щелевое уплотнение 2 часть протечек проходит в винтоканавочное уплотнение и в результате динамического воздействия винтовой резьбы отбрасывается назад. Если какая-либо часть протечек пройдет через винтоканавочное уплотнение во вторую разгрузочную полость 9, то она либо стечет непосредственно через дренажное отверстие 10, либо будет отброшена к стенкам полости 9 отбойным диском 11 и затем уже в этом отверстие 10, после чего поступит в сборник, находящийся под атмосферным давлением. Масляная пленка, затягиваемая по вращающемуся валу 1, будет удерживаться уплотнительным кольцом 12, которое при тепловом расширении вала 1 будет надежно обжимать его. При остановке насоса достаточная степень герметизации будет обеспечена разгрузочными полостями 4 и 9.

Следует понимать, что изображенный на чертеже и описанный пример, служит только для пояснения существа изобретения, которые может иметь и другие конструктивные исполнения. В частности, при отсутствии перед первой разгрузочной полостью 4 опоры скольжения следует установить специальное щелевое уплотнение. Винтоканавочное уплотнение может быть заменено на лабиринтное. Уплотнительное кольцо 12 может быть расположено в кольцевой расточке ступицы отбойного диска 11 или без использования расточек размещено между торцом втулки 7 и диском 11, и т.п.