Торцовое уплотнение центробежного насоса

 

Изобретение относится к области насосостроения. Торцовое уплотнение состоит из подвижной втулки, закрепленной на валу насоса, вращающегося и не вращающегося жестких уплотнительных колец. Первое из них связано с подвижной втулкой, а второе - со ступицей стакана при помощи штифтов, закрепленных во втулке и ступице жестко, а в кольцах свободно. Стакан со ступицей подпружинены. Между кольцом и втулкой, а также кольцом и ступицей установлены упругие амортизаторы. Кольцо и втулка, а также кольцо и ступица соответственно связаны между собой с помощью самоуправляющихся эластичных манжет. Благодаря упругим амортизаторам, самоуплотняющимся манжетам и шарнирной связи уплотнительных колец достигается более точное копирование торцового биения вращающегося уплотнительного кольца неподвижным уплотнительным кольцом, колебание уплотнительных колец в торцовой плоскости осуществляется всегда в сомкнутом положении, что ведет к повышению эксплуатационной надежности и срока службы, снижению трудоемкости изготовления и повышению рабочего давления. 1 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к торцовым уплотнениям центробежных насосов.

Известно торцовое уплотнение к магистральному насосу типа 10НД - 10х2, состоящее из вращающейся рабочей втулки, установленной на разгрузочной гильзе на резиновых уплотнительных кольцах, невращающейся втулки, пружины и корпуса [1].

К недостаткам данного устройства относятся: сложность конструкции, обусловленная наличием в ней разгрузочного устройства и системы отвода жидкости из полости торцового уплотнения в полость входа ее в насос; высокая точность изготовления, вследствие отсутствия в конструкции копирующих торцовое биение элементов.

Известны также торцовые уплотнения, в которых невращающиеся втулки и пружины заменены металлическими сильфонами [2].

Недостатки: высокая трудоемкость изготовления сильфонов; ограниченность в применении по давлению из-за неразгруженности уплотнений, приводящей к интенсивному износу контактных поверхностей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является торцовое уплотнение к насосу 24НД14 х 1 конструкции Украинского филиала ВНИИгидромаша [3].

Оно содержит аксильно подвижный стакан со ступицей, пружины, невращающееся жесткое уплотнительное кольцо, связанное со ступицей стакана, вращающееся жесткое уплотнительное кольцо, связанное с подвижной втулкой, закрепленной на валу насоса, и эластичные уплотнительные кольца.

К основным недостаткам данной конструкции относятся: высокая трудоемкость изготовления уплотнения, обусловленная отсутствием компенсационных элементов, способствующих сохранению трущихся поверхностей в постоянном герметичном контакте; малое рабочее давление, обусловленное отсутствием быстрореагирующих компенсационных элементов на торцовое биение контактных колец; низкая эксплуатационная надежность ввиду возможности разгерметизации полости торцового уплотнения от атмосферы, обусловленная забиванием аксиально расположенных пружин осадками солей.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности и срока службы, снижение трудоемкости изготовления и повышение рабочего давления.

Поставленная задача решается предлагаемым торцовым уплотнением, включающим аксиально подвижный стакан со ступицей, пружины, невращающееся жесткое уплотнительное кольцо, связанное со ступицей стакана, вращающееся жесткое уплотнительное кольцо, связанное с подвижной втулкой, закрепленной на валу насоса, и эластичные уплотнительные кольца.

Новым является то, что связь невращающегося жесткого уплотнительного кольца со ступицей стакана, а вращающегося - с подвижной втулкой осуществляется через шарнирный элемент; в невращающемся и вращающемся уплотнительных кольцах с противоположных сторон трущимся поверхностям выполнены выборки-замки в виде "ласточкина хвоста", в которых установлены упругие амортизаторы, а на торцовых стенках подвижной втулки и ступицы стакана выполнены сегментные пазы для фиксации упругих амортизаторов; невращающееся и вращающееся уплотнительные кольца связаны соответственно со ступицей стакана и с подвижной втулкой с помощью самоуплотняющихся эластичных манжет, каждая из которых выполнена в виде колпака, образованного соосно расположенными конусными поверхностями, обращенными своими основаниями друг к другу и образующими по плоскости их оснований стенку, причем на внутренней поверхности большого конуса выполнен замок, имеющий форму зига, а на наружных поверхностях подвижной втулки и ступицы стакана со стороны невращающегося и вращающегося уплотнительных колец выполнены выборки, соответствующие упомянутым выше замкам.

Новым также является то, что упругие амортизаторы выполнены в виде ленточной пружины дугообразной формы.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого торцового уплотнения.

На фиг. 2 и 3 - разрезы по А-А и Б-Б фиг. 1.

На фиг. 4 - разрез по В-В фиг. 3.

На фиг. 5 - замок в виде "ласточкина хвоста".

На фиг. 6 - замок для фиксации упругого элемента.

На фиг. 7 - продольный разрез самоуплотняющейся манжеты (поз. 15 фиг. 1).

На фиг. 8 - продольный разрез центробежного насоса с предлагаемым торцовым уплотнением.

Торцовое уплотнение (см. фиг. 1, 2, 3) состоит из подвижной (вращающейся) втулки 1, закрепленной на валу 2 насоса, вращающегося 3 и невращающегося 4 жестких уплотнительных колец, причем первое из них связано с подвижной втулкой 1, а второе - со ступицей 5 стакана 6 при помощи штифтов 7, закрепленных во втулке 1 и ступице 5 жестко, а в кольцах 3 и 4 - свободно. Во внутрь стакана 6 входит цилиндрический участок крышки 8, который вместе с втулкой 9 и ступицей 5 образуют полость "а", с установленной в ней пружиной 10. Крышка 8 закреплена к корпусу 11 насоса.

В невращающемся 4 и вращающемся 3 уплотнительных кольцах с противоположных сторон трущимся поверхностям выполнены выборки-замки 12 (см. фиг. 5) в виде "ласточкина хвоста", в которых установлены упругие амортизаторы 13 (см. фиг. 4), выполненные в виде ленточной пружины дугообразной формы. На торцовых стенках подвижной втулки 1 и ступицы 5 сделаны сегментные пазы 14 (см. фиг. 6) для фиксации упругих амортизаторов 13.

Невращающееся 4 и вращающееся 3 уплотнительные кольца связаны соответственно со ступицей 5 и подвижной втулкой 1 с помощью самоуплотняющихся эластичных манжет 15 (см. фиг. 7), каждая из которых выполнена в виде колпака, образованного соосно расположенными конусными поверхностями 16 и 17, обращенными своими основаниями друг к другу и образующими по плоскости их оснований стенку 18, причем на внутренней поверхности большого конуса выполнен замок 19, имеющий форму зига, а на наружных поверхностях подвижной втулки 1 и ступицы 5 со стороны вращающегося и невращающегося колец выполнены выборки 20 под замки 19. В местах сочленения подвижной втулки 1 и вала 2, а также стакана 6 и цилиндрического участка крышки 8 установлены эластичные уплотнительные кольца 21.

В насосе подвижная втулка 1 (см. фиг. 1 и 8) зажата на валу 2 с помощью дистанционных втулок 9 и 22, подшипников скольжения 23 и ступиц рабочих колес 24.

Работает устройство следующим образом.

До появления давления в полости "б" (см. фиг. 8) невращающееся уплотнительное кольцо 4 прижато к вращающемуся кольцу 3 усилием пружины 10. После появления давления в полости "б" общее усилие прижатия колец составляет: где Д₁ - наружный диаметр уплотнительных колец; Д₂ - посадочный диаметр стакана 6 на крышку 8;
P - давление жидкости в полости "б" насоса,
F_пр - усилие пружины.

При вращении вала 2 в результате торцового биения вращающегося кольца 3 в полость трущихся поверхностей попадает жидкость, образуя там тонкую пленку. В итоге появляется сила, противостоящая вышеупомянутой силе. Она определяется выражением:

где P₁ - среднее давление, расширяющее уплотнительные кольца 3 и 4 друг от друга;
Д₃ - внутренний диаметр уплотнительного кольца 3.

Нормально работающее торцовое уплотнение характеризуется следующим условием:

Незначительные утечки жидкости, которые имеют место при работе насоса, попадают в полость "в" (см. фиг. 1) и оттуда в атмосферу.

При работе предлагаемого торцового уплотнения достигается более точное копирование торцового биения вращающегося уплотнительного кольца неподвижным уплотнительным кольцом, колебание уплотнительных колец в торцовой плоскости осуществляется всегда в сомкнутом положении (без отрыва плоскостей друг от друга) и обеспечивается минимальная разность выражения

Все это в конечном итоге позволит:
повысить эксплуатационную надежность и срок службы уплотнения благодаря увеличению межремонтного периода работы:
снизить трудоемкость изготовления, благодаря ослаблению требований к изготовлению посадочных поверхностей (кроме трущихся поверхностей уплотнительных колец);
повысить рабочее давление, не приводя к увеличению момента трения.

Использованная информация
1. Аналог. В.Л.Селихов, А.М.Буяновский. Торцовые уплотнения нефтяных насосов. М., Недра, 1965 г., стр. 63, рис. 41.

2. Аналог. Источник тот же, стр. 10, рис. 4 и 7.

3. Прототип. "Опыт эксплуатации торцовых уплотнений центробежных насосов". М., ВНИИОЭНГ, 1971 г., стр. 19, рис. 8.

Формула изобретения

1. Торцовое уплотнение центробежного насоса, включающее аксиально подвижный стакан со ступицей, пружины, невращающееся жесткое уплотнительное кольцо, связанной со ступицей, вращающееся жесткое уплотнительное кольцо, связанное с подвижной втулкой, закрепленной на валу насоса, и эластичные уплотнительные кольца, отличающееся тем, что связь невращающегося жесткого уплотнительного кольца со ступицей стакана, а вращающегося - с подвижной втулкой, осуществляется через шарнирный элемент, в невращающемся и вращающемся уплотнительных кольцах с противоположных сторон трущимся поверхностям выполнены выборки-замки в виде "ласточкина хвоста", в которых установлены упругие амортизаторы, а на торцовых стенках подвижной втулки и ступицы стакана выполнены сегментные пазы для фиксации упругих амортизаторов, невращающееся и вращающееся уплотнительные кольца связаны соответственно со ступицей стакана и с подвижной втулкой с помощью самоуплотняющихся эластичных манжет, каждая из которых выполнена в виде колпака, образованного соосно расположенными конусными поверхностями, обращенными своими основаниями друг к другу и образующими по плоскости их оснований стенку, причем на внутренней поверхности большого конуса выполнен замок, имеющий форму зига, а на наружных поверхностях подвижной втулки и ступицы стакана со стороны вращающегося и невращающегося уплотнительных колец выполнены выборки, соответствующие упомянутым выше замкам.

2. Торцовое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что упругие амортизаторы выполнены в виде ленточной пружины дугообразной формы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8