Лабиринтное уплотнение

 

Класс 47 f, 26

3b 1267б

3-1 / .,—., ПАТЕНТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

ОПИСАНИЕ лабиринтного уплотнения.

К патенту ин-ца K. Фишера, (K. Pischer); в г. Висбадене, Германия, заявленному 29 июня 1927 года (заяв. свид.

¹ 17 820).

Приоритет по и. п. 1. 2 и 4 иредмета патента от 7 июля 1926 года, по п. 3 — от 21 сентября 1926 года, по п. и. 8 и 8 — от 28 апреля 1927 года, и по п. п. 6 и 7 — от 31 января 1927 года на основании ст. 6 Советскогерманского соглашения об охране промышленной собственности.

0 выдаче патента опубликовано 81 января 1980 года. Действие патента распространяется на 15 лет от 81 января 1980 года.

Предлагаемое изобретение касается лабиринтного уплотнения со сменными прокладочными кольцами при высоком давлении между валом н корпусом центробежных насосов,,паровых и водяных турбин и т. д,, вследствие чего получается возможность монтировать- все вращающиеся части на шариках пли роликах.

Прежние конструкции лабиринтных сальников стремятся z тому, чтобы при наибоьшем уменьшении зазора и при использовании трения конденсируемых панельных илн перешедших в газообразное состояние жидкостей о стенки зазора или лабиринта, уменьшить высокое внутреннее давление до атмосферного. Этот способ имеет тот недостаток, что совершенное уплотнение никогда не может быть достигнуто; дело в том, что всякое количество выступающей жидкости является функцией поперечного разреза зазора, длины зазора или лабиринта. Так как ширину зазора приходится уменьшать до крайнего предела, возникает еще и тот недостатбк, в особеннбсти у паровых турбин, что, вследствие расширения от теплоты вала, лабиринтные гребни (даже при употреблении известных в турбиностроении угольных прокладочных колец) легко изнашиваются, так что неплотность повышается и, в конце концов, при известных обстоятельствах наступает разрушение лабиринта.

Недостатки известных до сих пор конструкций устраняются предлагаемым изобретением тем, что все прокладочные кольца,— как вращающиеся, так и неподвижные, делают жесткими и, ввиду этого, удерживают при уплотнении зазор постоянным и тем, что зазор устанавливают наискось таким образом, что вращающаяся жидкость создает в нем давление, возникающее вследствие центробежных сил, развивающихся в частицах вращающейся жидкости и противодействующих давлению выбрасываемой прочь жидкости. Целесообразнее всего образовывать зазоры параллельными стенками и направлять их по выбрасываемой прочь жидкости так, чтобы, при постоянной ширине зазора, объем истечения постепенно уменьшался кнаружи. Благодаря этому, скорость истечения возрастает за счет статического изменения давления и кпотере высоты напора, вследствие трения о стенки, прибавляется еще потеря высоты напора в виду уменьшения площади истечения.

При предлагаемом способе уплотнения сужение площади истечения yare более не играет решающей роли и теперь представляется возможность получить совершенное уплотнение лабиринта. Износ, а тем более разрушение лабиринта исключаются, так как зазор может быть достаточно широк> не нарушая возможности уплотнения.

На чертеже фиг. 1 изображает продольный разрез устройства лабириптного уплотнения; фиг. 2-9 — видоизменения уплотняющих колец, Предлагаемое лабиринтно е уплотнение (фиг. Ц, состоит из наружных неподвижных прокладочных колец а, затянутых во втулке d с помощью гаек 6 и с, и внутренних прокладочных колец е, закрепленных на валу 1ь машины гайками f и д вращающимися вместе с ним. Для.установки надлежащей ширины косо направленных зазоров г, образованных параллельными стенками колец, служит установочное кольцо k. Натяжением втулки И относительно кожуха машины Z все зазоры i делаются на одну и ту же величину уже и, таким образом, во. время работы их можно произвольно изменять. Боковые прилегающие поверхности колец а и е шлифуются, так что они взаимно уплотняются; гайки 6, с, f u g имеют форму колец (рекомендуется с радиальными канавками для затяжки). Втулку а, прокладочные кольца а и е, а также гайки 6, с, f и д рекомендуется делать из красного литья.

Действие предлагаемого уплотнения состоит в следующем., Находящаяся под давлением жидкость поступает справа и ищет себе пути через отдельные камеры, при постепенном понижении давления, наружу. Вследствие большой окружной скорости стенок зазора, образованной вращением прокладочных колец е, находящаяся в зазоре жидкость также увлекается во вращение. Это вращение, в свою очередь, вызывает центробежные силы, увлекающие частицы жидкости, находящейся в зазоре, и создают давление, противодействующее падению напора выбрасываемой наружу жидкости. Кроме того, вследствие вращения, возникают токи жидкости вдоль радиально направленных поверхностей прокладочных колец е от вала Ь по направлению к наружным кольцам а; часть этой жидкости улавливается выступающим краем m наружного кольца а и поступает в косой зазор i; отсюда она перегоняется центробежной силой, например, из камеры Шв камеру П, а отсюда — в камеру 1 (фиг. 2).

Если уменьшение давления от камеры 1 к камере П равно противодавлению центробежно ускоренных частиц жидкости, обусловленному вращением прокладочных колец е, то тогда создается равновесие и жидкость не сможет проступить через уплотне ния. Таким образом, создается возможность совершенно, уплотнить в зазоре от атмосферы жидкость данного напора, при совершенно определенной окружной скорости внутренних прокладочных колец нли скорости вращения. Число потребных здесь для этого прокладочных колец зависит исключительно от напора и от окружной скорости вращающихся стенок зазора.

В видоизменении уплотнения, изображенном на фиг. 2, число зазоров, при равной длине уплотнения, удвоено.

Наряду с,повышенной эффектностью сил вращения здесь выступает повышенное, сужение площади прохода, вследствие увеличенной общей длины зазора, Жидкость отсасывается из камеры III, например, через зазор г в промежуточную камеру и таким образом, что в жидкости, отбрасываемой радиально прочь от вала, в камере Ш образуется вакуум.

Жидкость из промежуточной камеры перегоняется в камеру II через зазор Р.

В видоизменении уплотнения, изображенном на фиг. 3, промежуточные камеры м тоже могут иметь вид зазора о. Таким образом, достигают увеличения длины зазора каждого элемента лабиринта и получают возможность сократить число элементов лабиринта. При этом получается сокращение всего уплотнения в направлении оси вала и удовлетворяется стремление делать уплотнение zarc можно короче. Рекомендуется давать зазору о такое направление, чтобы жидкость отклонялась в нем самом.

Если желают уменьшить потери трения жидкости в зазоре, то длину последнего можно сильно уменьшить за счет его суживающего действия (фиг. 4).

Для всех форм выполнения важно то обстоятельство, что жидкость, прогоняемая справа налево через прокладки, должна протекать на пути через косые зазоры с параллельными стенками, по направлению E валу.

При этом площадь истечения, при той же ширине зазора, уменьшается; скорость истечения возрастает за счет статического падения напора, и наряду с потерей напора, вследствие трения о стенки, происходит еще потеря напора вследствие уменьшения поперечного сечения. Это относится также и к промежуточным камерам tb (фиг. 2).

Наилучший результат, при целесообразной конструкции камер получается таким образом, что уничтожают энергию истечения и вращения частиц жидкости, протекающей через камеры I, П и пр. и, таким образом, парализуют статическое повышение давления, могущее произойти вследствие случайного увеличения поперечного сечения. Для достижения большей эффективности отдельных элементов лабиринта в смысле их уплотняющей способности, можно сделать вращающиеся стенки зазора шероховатыми или снабдить их косыми бороздками. Благодаря этому, можно значительно увеличить скорость вращения жидкости в зазоре или в промежуточных камерах тем более, что тормозящее действие неподвижной стенки зазора сильно уменьшается ее шлифовкой..Потеря вследствие трения, увеличившаяся от шероховатости одной из стенок зазора, парализуется уменьшением потерь вследствие трения благодаря шлифовке другой стенки зазора и кольцевых поверхностей. Такой способ обработки может быть применен при разных формах выполнения элементов лабиринта.

Чтобы получить в сальнике переменное противодавление, прокладочные кольца, согласно изобретению, обрабатываются таким образом, что внутренние кольца, обращенные к высокому давлению, делаются менее шероховатыми, чем те, которые обращены к атмосфере. При внезапном повышении давления (например, когда в действии находится только одна часть лабиринта), жидкость будет выгоняться наружу; здесь, однако, она встречает элементы лабиринта с повышенным противодавлением, так что быстро устанавливается равновесие. При внезапном падении напора жидкость, вследствие более сильного действия наружных элементов, загоняется внутрь и здесь быстро устанавливается равновесие благодаря тому, что сила давления отдельных элементов постепенно убывает.

При недостатке жидкости в сальник вводится добавочно жидкость при помощи насоса, питающего котел, давление которого, как известно, выше начального давления в турбине, при чем подачу жидкости лучше всего произвести в районе камер,.имеющих наименьшее давление. Вращающиеся стенки зазора можно сделать шероховатыми прикреплением z ним ребер, которые могут быть прилиты, отлиты или выфрезерованы предпочтительно с загибом назад (радиально или в направлении вращения вала машины), как представлено на фиг. 5 и 6, из коих фиг. 5 изображает элемент лабиринта в поперечном разрезе и фиг. 6— расположение и устройство ребер в перспективе.

Буква а обозначает наружное неподвижное прокладочное EOJIboO) а буква е — вращающееся внутреннее прокладочное кольцо. Неподвижная стенка ж зазора i шлифована, вращающаяся стенка у снабжена ребрами r, форма которых видна из фиг. 6.

1. Лабиринтное уплотнение, характеризующееся,применением неподвижных колец а (фиг. 1) и прокладочных колец е, закрепленных на валу Ь,. образующих своими косыми, близко расположенными, параллельнымикромками косо направленные или кониче ские зазоры г, из каковых колец на: ружные, непбдвижные кольца а имеют края ю, выступающие над внутрен ними, прокладочными кольцами е .

2. Видоизменение охарактеризован, ного в и. 1 уплотнения, отличающееся тем, что кольцам а и е в смежных частях придано ступенчатое очертаВысота ребер от 0,5 до 0,75 мм, толщина — около 1 мм. Поверхности колец и, нР, и и n рекомендуется шлифовать, поверхности v, vÐ, v и

v4 лучше ободрать или оставить в виде необработанных отливок.

Расположением ребер на вращающихся стенках зазора значительно увеличивается скорость -вращения воды в зазоре или в промежуточной камере. Хотя скорость вращения жидкости в камерах I, П и т. д. вышеуказанной обработкой внутренних и наружных прокладочных колец можно сделать значительно ниже скорости вращения в наклонных зазорах, все же ее нельзя устранить полностью; самая малая скорость вращения жидкости в камерах имеет тот недостаток, что возникающие в ней ° центробежные силы, в отдельности незначительные, в сумме создают затруднения. Поэтому необходимо стремиться полностью устранить их.

Согласно предлагаемому изобретению, это может быть достигнуто тем, что в камерах помещают радиальные реора, которые уничтожают вращение жидкости и, кроме того, вызывают в камерах вихревое движение, поглощающее энергию. Расположение радиальных ребер р (в каждой камере по 4-6 ребер) может быть такое, как показано в примерной форме выполнения на фиг. 7. Их лучше всего прилить R наружным прокладочным кольцам а и заострить вблизи выхода из зазора (в сторону высокого давления) для того; чтобы создать наименьшее сопротивление вытеканию жидюсти из зазора. Форма и размер ребер зависят от конструкции элементов лабиринта; так, например, можно избрать форму выполнения согласно фиг. 8, в которой имеется звезда из радиальных ребер у, р,р, соединенные друг с другом венцами д, q, q u q.

В предложенной до сих пор форме камер отдельных прокладочных элементов возникает, в направлении к наружному диаметру, постепенное расширение площади истечения, вследствие чего, благодаря колебаниям в давлении при истечении жидкости,. в камерах возникают повышения давления, в полном соответствии с уменьшением скорости (так как закон. Борда-Карно действителен лишь при внезапных расширениях поперечного сечения).

Согласно предлагаемому изобретению, этот недостаток устраняется тем,. что высота камеры по наружному поперечнику уменьшается так, чтобы площадь истечения в камерах оставалась постоянной. Одна из форм выполнения прокладочаого элемента, согласно изобретению; изображена на фиг. 9, где буква и означает наружное, буква е †внутренн прокладочное кольцо, буквы Р, Р и о означают . зазоры. Поверхность v наклонена так, что площади истечения в камерах остаются постоянными.

Предлагаемое лабирифное уплотнение в особенности пригодно для жидкостей с высоким удельным весом.

Для водянного пара, воздуха и газов, в виду йх низкого удельного веса, если было бы желательно хотя бы приблизиться к результатам, какие получаются например для воды, топотребовалась бы значительно болев высокая окружная скорость вращающихся стенок зазора или лабиринта.

В таком случае в качестве запорного материала применяют воду или ртуть; таким образом получают возможность устранять потери в лабиринтном уплотнении паровых турбин.

Предмет п ат ента. Рмг.6 е фмг. 7. фмг.з. а а (|, ( а

Р 9

Р li е 1 ! е е фиг.2. а

/ г ;г

m и и г 7

Рг е е фмг.9. а фиг. 4 фиг. 5 г

Тип. Ридрогр. Уйр. Унравл. В.-М. Сил РККА. Ленинград, здание Рл, Адмиралтейства. ние с косыми кромками(фиг. 2), благодаря которым получаются косые зазоры i, Р и промежуточные камеры и.

3. Видоизменение охарактеризован- в и. 2 уплотнения, отличающееся тем, что камерам и придано зигзагообразное очертание (фиг. 3), благодаря которому образуются добавочные, промежуточные зазоры о.

4. Видоизменение охарактеризованного в п. 1уплотнения, отличающееся тем, что кольца е имеют заостренную форму (фиг. 4).

5. Видоизменение охарактеризованного в п. 1 уплотнения, отличающееся .тем, что кольца е на косых кромках снабжаются ребрами r (фиг. 5 и 6).

I фиг. л.

CK

cf

/

fe /и/ е л

9 с

0 l.

6. Видоизменение охарактеризован ного в п. 1 уплотнения. отличающеестем, что кольца а снабжаются ребрами q (фиг. 7).

7. Видоизменение охарактеризованного в и. I уплотнения, отличающееся тем, что между кольцами вставляются звездочки с ребрами р, р, р (фиг. 8), соединенными между собою венцами q,, q ./ q "/ q ..

8, Видоизменение охарактеризованного в п, 3 уплотнения, отличающееся тем, что кольца а с свободных сторон ограничиваются коническими поверхностями v (фиг. 9),— с целью сохра.нения постоянства площадей истечения в камерах.