Торцовое уплотнение

Торцовое уплотнение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ, содержащее вращающуюся и неподвижную металлические обоймы с пазами и с закрепленными в них графитовыми кольцами, образующими пару трения, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности его в работе и стабильности характеристик уплотнения , по периметру наружной и внутренней стенок паза металлических обойм выполнены расположенные с равным щагом канавки, глубина которых не менее глубины посадки графитового кольца в паз обоймы. 2. Уплотнение по п. 1., отличающееся тем, что канавки на внутренней стенке паза смещены на полщага относительно канавок на наружной стенке паза.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<9>80„„1

140

F 16 3 15/34

ОПИОАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3555703/25-08 (22) 18.02;83 (46) 23.10.84. Бюл. № 39 (72) В. В. Архипов, Х. И. Муратов и К. Б. Саранцев (71) Производственное объединение «Невский завод» им. В. И. Ленина (53) 62-762 (088.8) (56) 1. Двойное торцовое уплотнение вала центробежного компрессора установки ГПАц-6,3. Экспресс-информации, сер. ХМ-5, 1981, № 2, с. 3-4 (прототип). (54) (57) 1. ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ, содержащее вращающуюся и неподвижную металлические обоймы с пазами и с закрепленными в них графитовыми кольцами, образующими пару трения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности его в работе и стабильности характеристик уплотнения, по периметру наружной и внутренней стенок паза металлических обойм выполнены расположенные с равным шагом канавки, глубина которых не менее глубины посадки графитового кольца в паз обоймы.

2. Уплотнение по п. 1., отличающееся тем, что канавки на внутренней стенке паза смещены на полшага относительно канавок на наружной стенке паза.

1120140

Изобретение относится к уплотнительной технике, преимуШественно к уплотнениям врашающихся валов центробежных компрессоров и нагнетателей.

Известны торцовые уплотнения с подводом уплотняюшей жидкости, в которых боросилицирова нные графитовые кольца закреплены в пазах неподвижной и врашающейся металлических обойм пайкой или сваркой (I j.

Недостаток такого уплотнения заключается в том, что боросилицированное графитовое кольцо при работе подвергается силовому воздействию со стороны металлической обоймы вследствие разности в тепловых расширениях графитового кольца и сопрягающихся о ним стенок паза обоймы.

Коэффициент линейного расширения боросилицированного графита меньше, чем у металла, поэтому наружная, охватывающая графитовое кольцо, стенка обоймы при повышении температуры стремится увеличить графитовое кольцо по диаметру, создавая в нем растягиваюшие напряжения. Внутренняя стенка обоймы охватывается графитовым кольцом и при тепловом расширении также стремится разорвать кольцо. Силовое взаимодействие стенок обоймы графитового кольца приводит к потере плоскости трущейся поверхности графитового кольца, в паре появляется повышенный неравномерный износ поверхностей трения, увеличиваются протечки уплотняюшей жидкости в сторону уплотняемого пространства, ухудшаются надежность и стабильность работы уплотнения, уменьшается ресурс его работы.

Целью изобретения является повышение надежности крепления боросилицированного графитового кольца в металлической обойме и повышение надежности в работе и стабильности характеристик уплотнения.

Поставленная цель достигается тем, что в торцовом уплотнении, содержащем вращающуюся и неподвижную металлические обоймы с пазами и с закрепленными в них графитовыми кольцами, образующими пару трения, по периметру наружной и внутренней стенок паза металлических обойм выполнены расположенные с равным шагом канавки, глубина которых не менее глубины посадки графитового кольца в паз обоймы.

Причем с целью более монолитного соединения графитового кольца с обоймой канавки на внутренней стенке паза смешены на полшага относительно канавок на наружной стенке паза.

В таком торцовом уплотнении разность между коэффициентами линейного расширения графитового кольца и металлической обоймы становится благоприятным фактором.

Как наружная, так и внутренняя стенки паза металлической обоймы при креплении в предложенном уплотнении препятствуют тепловому расширению графитового кольца по диаметру, при этом в меридиональном сечении кольца возникают напряжения сжатия, исключаюшие возможность появления радиальных трещин в кольце, обусловленных в известных уплотнениях тангенциальными напряжениями растяжения.

Тепловое расширение стенок металлической обоймы в предложенном торцовом уплотнении становится пренебрежимо малым, так как определяется толщиной, а не диаметром стенки, как это было в известных конструкциях. Отмеченная особенность приводит к уменьшению сил, действующих на графитовое кольцо со стороны стенок паза обоймы, причем трущаяся поверхность кольца сохраняет плоскостность, более чем на порядок уменьшаются протечки уплотняюшей жидкости, повышается равномерность распределения температуры по периметру кольца, уменьшается износ, улучшается стабильность характеристик уплотнения, уплотнение приобретает управляемость процессами образования гидродинамического клина между трущимися поверхностями.

На фиг. 1 показано торцовое уплотнение, продольный разрез; на фиг. 2 — вращающаяся обойма уплотнения; на фиг. 3 — разрез

А — А на фиг. 2; на фиг. 4 — разрез Б — Б на фиг. 2; на фиг. 5 — вид В на фиг. 2; на фиг. б — графики распределения температур по периметру графитового кольца в известном уплотнении и в предлагаемом; на фиг. 7 — зависимость величины протечек уплотняюшей жидкости от частоты вращения вала в известном уплотнении и в предлагаемом; на фиг. 8 — зависимость величины протечек уплотняюшей жидкости от разности ht между максимальной ((макс ) и минимальной (t мин) температурами поверхности трения (буквой Г обозначена зона работы предлагаемого уплотнения).

Боросилицированные графитовые кольца

I (фиг. 1) закреплены пайкой в кольцевых пазах 2 неподвижной 3 и врашаюшейся 4 ооойм уплотнения, установленных в корпусе

5. Вал 6 вращается со скоростью о- . Пространство 7 заполнено уплотняюшей жидкостью, давление которои выше давления уплотняемого газа в пространстве 8.

Контактная поверхносгь S уплотнения разделяет пространство 7 уплотняюшей жидкости от пространства 8 уплотняемого газа.

Наружное уплотнение 9, выполненное, например, в виде опорного подшипника, ограничивает протечки уплотняюшей жидкости в сторону атмосферы. Уплотнение размещено в корпусе нагнетателя !О.

1120140

Во вращающуюся металлическую обойму 4 может быть впаяно графитовое кольцо

1 (фиг. 2). Наружная и внутренняя стенки

11 и 12 паза 2 под графитовое кольцо 1 в обойме 4. сопрягаются с графитовым кольцом 1. Припой 13 (фиг. 3) заполняет зазоры между стенками 11 и 12 и опорной поверхностью 14 паза 2 и графитовыми кольцами 1. Канавки 15 и 16 выполняют на стенках

11 и 12 паза 2 после пайки.

Осевая глубина канавок 15 и 16, равная h, выбирается конструктивно и должна быть не менее глубины посадки кольца 1 в паз 2. Ширина d канавок 15 и 16 определяется технологией и радиусом инструмента

К„„,, (фрезы). Шаг (между канавками 15 на стенке 11 и шаг t между канавками 16 на стенке 12 определяют опытным путем с учетом величины диаметра кольца и из условия обеспечения разности (д() между максимальной (t «) H MHHHM HOH (t H) температурами по периметру графитового кольца в диапазоне 20-30 С (фиг. 8, зона Г).

Металлические обоймы 3 и 4, в которых закрепляют кольца 1, изготавливают таким образом, чтобы радиальный зазор между графитовым кольцом 1 и стенками 11 и 12 паза 2 до пайки был равен 0,5 — 0,8 мм.

Это обеспечивает хорошее затекание припоя 13 в зазоры при пайке и его высокую однородность. После пайки на стенках !1 и 12 паза 2 выполняют канавки 15 и 16 высотой h, шириной d и с шагом t u

Затем трущуюся поверхность S графитовых колец 1 обрабатывают до получения заданной плоскостности.

Такая последовательность крепления графитовых колец 1 в обоймах 3 и 4 обуславливается тем, что после выполнения канавок 15 и 16 на стенках 11 и 12 обойм 3 и 4 внутренние напряжения, имеющие место в зоне крепления колец 1, перераспределяются. Это приводит к изменению первоначальной пространственной конфигурации графитовых колец 1 и увеличивает неплоскостность поверхности S. Последующая после выполнения канавок 15 и 16 обработка трущихся поверхностей устраняет эти отклонения.

При работе уплотнения графитовые кольца 1 и стенки 1 lи 12 металлических обойм

3 и 4 разогреваются от выделяющегося тепла трения до 130 — 150 С и более. Вследствие того, что на стенках 11 и 12 пазов 2 обоймы 3 и 4 выполнены канавки 15 и 16, наружная ll и внутренняя 12 стенки пазов

2 имеют тепловое расширение, обусловленное лишь толщиной о стенок 11 и 12, а в диаметральном направлении тепловое расширение стенок !1 и 12 отсутствует или очень мало. При таких условиях тепловое расширение графитового кольца 1 по диаметру Д блокируется стенками 11 и 12 обоймы. В графитовом кольце создаются напряжения сжатия, более благоприятные с точки зрения надежности работы уплот1О нения, чем напряжения растяжения, возникающие в кольце от теплового расширения стенок 11 и 12 в существующих конструкциях торцовых уплотнений. Теплосиловое взаимодействие графитового кольца 1 со стенками 1! и 12 паза 2, например, обоймы

3 приобретает большую осесимметричность причем абсолютная величина деформации кольца 1 уменьшается, а количество волн деформаций на поверхности трения S увеличивается, что хорошо видно из приведенного сопоставления кривых распределения температур по периметру кольца при известной (кривая 1) и предлагаемой (кривая 2) конструкциях крепления кольца (фиг. 6). Кривая 1 имеет два пика температур, а кривая

2 2 — четыре пика температур. При этом существенно облегчается возможность реализации условий для образования стабильной гидродинамической пленки в зазоре между трущимися по поверхности S графитовыми кольцами 1.

В предлагаемом уплотнении протечки уплотняющей .жидкости уменьшаются (по фи г. 7 в 10 — 15 раз) и слабо за висят от увеличения частоты вращения. В то же время, несмотря на такое сильное уменьшение величины протечек, температура поверх35 ности трения повышается- всего на 3-5 С. о

Это свидетельствует о том, что предлагаемое уплотнение обеспечивает лучшие, более благоприятные услови я дл я образования сплошной гидродинамической пленки меж4О ду трущимися поверхностями уплотнения, а деформации трущихся поверхностей S графитовых колец 1 имеют малую (несколько мкм) величину.

Технико-экономический эффект, полу45 чаемый от использования предлагаемого изобретения, заключается в уменьшении потерь уплотняющей жидкости, повышении надежности работы центробежных компрессоров и нагнетателей, увеличении ресурса (долговечности) уплотнений и уменьшении стоимости эксплуатации машин на 2000—

3000 руб/год.

ll20140!

120140

ВООО

ЧЬг. 7

70000 б0ОО

1ВU Р7О, УбО

ЧЬг. б

1120140

Реда кто р Н. Лаз а репко

Заказ 7721/27

Составитель И. Пащенко

Техред И. Верес Корректор Л. Пилипенко

Тираж 912 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4