EA015280B1

EA015280B1 - Уплотнительное устройство

Info

Publication number: EA015280B1
Application number: EA200870477A
Authority: EA
Inventors: Томас Баххофнер; Штефане Хернер
Original assignee: Андриц Аг
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2011-06-30
Also published as: AT503578B1; WO2007124830A1; BRPI0710953A2; ES2398292T3; CN101432554B; US20100013167A1; US8608176B2; EP2013519B1; AT503578A4; DK2013519T3; NO20084709L; CN101432554A; CA2649344A1; EA200870477A1; PL2013519T3; CA2649344C; EP2013519A1

Abstract

Изобретение относится к уплотнительному устройству для обеспечения герметичного прохождения вращающегося вала (2) через отверстия в корпусе (1), содержащему по меньшей мере одно манжетное уплотнение (3, 8, 14, 15) с уплотнительной губкой, которая обращена к области с повышенным давлением. Для существенного расширения области применения уплотнительного устройства с манжетными уплотнениями и для получения, даже в случае высокого давления и изменений давления, преимуществ этого устройства в плане экономической ценности, лучшей надежности при работе на пиковом давлении, более простого монтажа и технического обслуживания сторона манжетного уплотнения (3, 8, 14, 15), которая обращена к области (5) с повышенным давлением, подвергается воздействию постоянного давления, превышающего наиболее высокое давление внутри корпуса, а между указанной областью и внутренней частью корпуса образован зазор (7, 10).

Description

Изобретение относится к уплотнительному устройству для обеспечения герметичного прохождения вращающихся валов через отверстия в корпусах, причем указанное устройство содержит по меньшей мере одно манжетное уплотнение с уплотнительной губкой.

Предшествующий уровень техники

Манжетные уплотнения широко применяются в случаях, когда вращающиеся валы герметичным образом проходят внутрь корпусов и выходят из них, например гребные валы судовых двигателей, как описано в ЕР 335368 А1. При этом, как в случае с уплотнительным кольцом согласно ЕР 1055849 А2, уплотнительная губка обращена к области, давление в которой обычно понижено. В последнем случае принимаются меры по поддержанию одинакового давления на обеих сторонах уплотнительной губки, хотя указанное давление нельзя поддерживать на постоянном уровне. Известны манжетные уплотнения, описанные, например, в ΌΕ 4039666 А1, которые вообще не находятся под давлением.

Кроме того, в ЕР 0480693 А1 описывается уплотнительное устройство вала, установленное между камерами с различными давлениями, например в насосах или турбинах, в которых необходимо избегать смешивания текучих сред с противоположных сторон. Это обеспечивается подачей в уплотнение текучей среды с более высоким давлением, чем на обеих его сторонах. Однако устройства такого типа неприменимы, если по меньшей мере в одном направлении необходимо обеспечить полную герметизацию, например, относительно атмосферы.

Простые и недорогие манжетные уплотнения для уплотнения валов используются и в бумажной промышленности в небольших установках для измельчения волокнистых материалов, хотя в данном случае уплотнительная губка обычно обращена к области с повышенным давлением, чтобы предотвратить утечку среды из такого рафинера. Внутри таких устройств по измельчению древесной стружки в процессе получения целлюлозы возникают как высокие, так и небольшие колебания давления. Однако ввиду того что манжетные уплотнения чувствительны к значительным колебаниям давления и легко могут дать течь, их можно использовать только при низких давлениях или небольших колебаниях давления. В случае рафинеров соотношение внутреннего и внешнего давлений составляет от 1,2 и 1,5 до 1.

Другое решение, включающее по меньшей мере два манжетных уплотнения, установленных последовательно, описано в ΌΕ 102005019654 А1. В данном случае средство, создающее давление, подается в пространство между манжетными уплотнениями; однако не описано, каким образом поддерживается давление или насколько оно постоянно, ввиду того, что уровень техники всецело концентрируется на проблемах уплотнений, которые возникают в результате наличия загрязняющих веществ на манжетах. С одной стороны, манжетное уплотнение, расположенное ближе всего к внутренней части корпуса, в качестве дополнительной меры промывается очень большим количеством создающих давление средств, которые протекают внутрь корпуса с небольшим дросселированием, чтобы удалить загрязняющие вещества с манжетного уплотнительного устройства.

В больших рафинерах с повышенными давлениями и, в общем случае, с большими колебаниями давлений, используются аксиальные торцевые уплотнения. Помимо того что аксиальные торцевые уплотнения очень дороги, они непрочны ввиду комбинации жестких компонентов и могут сломаться при пиковых давлениях, в таких случаях установка должна быть немедленно выключена. Необходимо упомянуть еще один способ герметизации - сальниковое устройство, которое также давно известно. Недостатки сальниковых устройств заключаются в том, что в них всегда возникает определенная утечка, их трудно настроить для достижения нужного компромисса между герметизацией и утечкой, кроме того, эти устройства не оказывают большого сопротивления вращению посредством вала, которое необходимо для смазки и охлаждения уплотнений.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы существенно расширить область применения уплотнительных устройств с манжетными уплотнениями и, таким образом, сделать уплотнительные устройства более экономичными, надежными на пиках давления, простыми в установке и эксплуатации, а также работоспособными при повышенных давлениях и колебаниях давления.

Для решения поставленной задачи уплотнительное устройство в соответствии с изобретением отличается тем, что уплотнительная губка обращена к внутренней части камеры, причем манжетное уплотнение образует между своей обращенной к внутренней части камеры стороной и внутренней частью корпуса зазор для дросселирования вытекающего потока. В результате, в любом случае с помощью уплотнительного устройства поддерживается постоянная разность давлений, так что колебания давления, ведущие к утечке, не влияют на манжетное уплотнение, которое, таким образом, не допускает утечек.

В соответствии с предпочтительным осуществлением изобретения по меньшей мере два манжетных уплотнения можно установить последовательно, формируя несколько камер, чтобы увеличить поверхность давления, которую можно уплотнять посредством устройства в соответствии с изобретением. Если последовательно установлены по меньшей мере два манжетных уплотнения, каждое манжетное уплотнение на стороне, которая обращена к области, обычно находящейся под повышенным давлением, подвергается воздействию постоянного давления, которое не превышает максимальное предустановленное значение, причем максимальное значение давления на самом дальнем внутреннем манжетном уплотнении

- 1 015280 превышает наиболее высокое давление внутри корпуса, а разность максимальных давлений на каждом манжетном уплотнении не превышает предустановленное значение. Таким образом, на каждом манжетном уплотнении устройства всегда имеется постоянная разность давлений, при этом максимальное давление на каждом уплотнении не превышается ввиду каскадной конфигурации. Манжетное уплотнение может противостоять постоянной разности давлений приблизительно до 2 бар, при этом герметизация также может быть осуществлена и при разности давлений, превышающей 2 бар, с помощью нескольких последовательных уплотнений. В результате можно герметизировать валы очень большого диаметра (приблизительно 2 м), имеющие высокую скорость вращения (приблизительно 1500 об/м), при этом скорость вала относительно уплотнения составляет примерно от 15 до 25 м/с.

Для легкой и безопасной подачи давления на манжетные уплотнения каждое манжетное уплотнение установлено в выемке, предпочтительно выполненной по типу канавки, обращенной к вращающемуся валу, который проходит внутри отверстия корпуса, и предусмотрен по меньшей мере один канал, который может связывать источник давления со стороной одного или более манжетных уплотнений, обращенной к внутренней части камеры. Путем регулируемой подачи давления среды, предпочтительно по меньшей мере одной среды, используемой в технологическом процессе, на манжетных уплотнениях можно легко создать постоянное давление без использования движущихся частей, таким образом достигая наилучшей функциональной надежности. В этом случае повышение давления достигается благодаря узкому каналу между манжетным уплотнением и областью с повышенным давлением, в котором соответственно имеет место падение давления. Еще одним достоинством настоящего варианта осуществления изобретения является промывка, так как введенная среда вымывает все частицы, попавшие в зазор между валом и корпусом, тем самым предотвращая износ уплотнительного устройства, вала и корпуса.

Для повышения давления путем подачи среды независимо от конструкции и монтажа уплотнительного устройства, например если сальниковые устройства или аксиальные торцевые уплотнения заменяются устройством в соответствии с изобретением, в соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения может быть предусмотрено дроссельное кольцо, установленное в выемке с внутренней стороны отверстия корпуса, по меньшей мере, со стороны наиболее близкого к внутренней части камеры манжетного уплотнения, обращенной к внутренней части камеры. В этом случае дроссельное кольцо обеспечивает дросселированный выпуск среды из области, расположенной между манжетным уплотнением и областью с повышенным давлением, следовательно, повышение давления и создание давления на манжетном уплотнении. Дроссельное кольцо может быть выполнено отдельно от манжетного уплотнения, может быть очень мягким, а его материал пригоден для работы в условиях химической среды внутренней камеры.

В соответствии с первым вариантом предусмотрен по меньшей мере один канал, который может связывать источник давления и камеру, расположенную между указанным дроссельным кольцом и манжетным уплотнением.

В соответствии с другим вариантом дроссельное кольцо может быть снабжено по меньшей мере одним, предпочтительно радиальным, отверстием, а канал, который связывает источник давления с камерой, расположенной между дроссельным кольцом и манжетным уплотнением, проходит по меньшей мере через одно радиальное отверстие в дроссельном кольце.

Если в соответствии с другим вариантом канал проходит из промежуточной камеры в окружающую среду между двумя манжетными уплотнениями, расположенными на удалении от камеры, через который выпускается среда, выходящая из камеры, то любая среда, как и технологические текучие среды, может отводиться надлежащим образом.

Преимущество такой конструкции заключается в том, что можно также осуществлять контроль герметичности уплотнительного устройства, если канал для выпуска выходящей среды снабжен сенсорным устройством для такой среды или это устройство установлено в соединении с каналом.

Для осуществления задачи, изложенной в начале описания, в соответствии с изобретением корпус должен иметь по меньшей мере один канал, который может связывать источник давления с областью расположения всех гнезд, при этом указанная область расположена ближе к области, обычно находящейся под повышенным давлением. В результате среда для создания давления на уплотнительном устройстве может быть подана до введения манжеты под давлением, которое регулируется для нахождения на постоянном уровне, чтобы обеспечить оптимальную и постоянную герметичность устройства.

Выпуск любой среды или технологической текучей среды, которые так или иначе выходят через манжетное уплотнение, можно надежно осуществить посредством дополнительного канала для выпуска среды, выходящей из области, которая обычно находится под повышенным давлением, начинающегося на части гнезда, расположенной вне области, обычно находящейся под повышенным давлением.

Предпочтительно, чтобы сенсорное устройство для этой среды было установлено в таком дополнительном канале для выпуска.

- 2 015280

Перечень фигур чертежей

Ниже дается более подробное описание изобретения на примере вариантов осуществления, показанных на прилагаемых чертежах, где:

на фиг. 1 показано сечение единственной манжеты уплотнительного устройства;

на фиг. 2 показано сечение уплотнительного устройства в соответствии с изобретением с двумя манжетами и дроссельным кольцом;

на фиг. 3 показано сечение другого варианта осуществления изобретения с четырьмя манжетами, установленными последовательно.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг. 1 показано сечение корпуса 1, снабженного уплотнительным устройством, в соответствии с изобретением, которое предназначено для обеспечения герметичного прохождения вращающегося вала 2 через отверстие в корпусе 1. В самом простом примере уплотнительное устройство содержит одно манжетное уплотнение 3, уплотнительная губка 3 а которого обращена к области, обычно находящейся под повышенным давлением.

Манжетное уплотнение 3 установлено на выступе 1а отверстия в корпусе 1 и прижато по направлению к выступу 1а посредством прижимного кольца 4. Окружная область 5 по типу канавки выполнена между выступом 1а и частью отверстия в корпусе 1, окружая вал 2 с обеспечением узкого зазора. Проточка 6 в корпусе 1 проходит к указанную область 5, находящуюся на стороне манжетного уплотнения 3, обычно обращенной к области с повышенным давлением, таким образом, что область 5 может сообщаться с источником давления. Предпочтительно, чтобы создающее давление среда уже использовалась в процессе или присутствовала на стороне, обычно находящейся под повышенным давлением.

Среда, подводимая через проточку 6, существенно дросселируется при протекании через зазор между корпусом 1 и валом 2 для создания давления, более высокого, чем давление, обычно имеющееся на этой стороне манжетного уплотнения 3. Указанное более высокое давление регулируется для нахождения на постоянном уровне посредством внешних устройств, причем этот уровень в любом случае должен быть выше, чем самое высокое давление внутри корпуса. Ввиду постоянного давления на стороне манжетного уплотнения 3, противоположной области 5, на которой давление обычно совпадает с давлением окружающей среды, на манжетном уплотнении 3 возникает постоянная разность давлений, так что манжетное уплотнение 3 все время обеспечивает оптимальный уплотнительный эффект при постоянном уровне давления. Кроме того, манжетное уплотнение 3 очищается средой, протекающей из него через зазор 7, тем самым обеспечивается вымывание всех загрязнений, попадающих в зазор 7.

На фиг. 2 показан другой вариант осуществления изобретения, который предпочтителен в случае более высоких разностей давлений между двумя сторонами уплотнительного устройства. Одинаковые с фиг 1 компоненты отмечены теми же ссылочными обозначениями. В данном случае два манжетных уплотнения 3 и 8 установлены последовательно.

В указанном варианте осуществления изобретения в качестве примера дроссельное кольцо 9 вставлено между выступом на стороне корпуса 1, стороне, обычно находящейся под более высоким давлением, и первым манжетным уплотнением 3. Между стороной дроссельного кольца 9, обращенной к области с более высоким давлением, и валом 2 образован очень узкий зазор 10, через который проходит среда из источника давления, поступающая через проточку 6 в корпусе 1 и по меньшей мере одно, предпочтительно радиальное, отверстие 9а в дроссельном кольце 9. Указанная среда дросселируется при выпуске, выполняя описанную выше функцию, через зазор 10, таким образом, что давление, отрегулированное для нахождения на постоянном уровне, обеспечивается в передней части манжетного уплотнения и превышает давление на стороне дроссельного кольца 9, противоположной манжетному уплотнению 3.

Такая же или другая среда подводится через дополнительную проточку 11 в корпусе 1 в область 12 между двумя манжетными уплотнениями 3 и 8, и давление также регулируется для нахождения на постоянном уровне посредством внешних устройств, однако этот уровень меньше, чем уровень давления, создаваемого через проточку 6. Разделительное кольцо 13 вставлено между двумя манжетными уплотнениями 3 и 8, в которых выполнено по меньшей мере одно, предпочтительно радиальное, отверстие 13а, через которое среда проходит в область 12. Давление, создаваемое через проточки 6 и 11, регулируется таким образом, что разность давлений на каждом манжетном уплотнении не превышала максимального значения, которое можно задать заранее и которое обычно находится в области 2 бар. Таким образом, максимальная разность давлений для каждого манжетного уплотнения также может поддерживаться при очень высокой превалирующей разности давлений путем последовательной установки нескольких манжетных уплотнений для того, чтобы обеспечить наилучшую герметичность на максимально длительный период времени.

Другой вариант осуществления уплотнительного устройства в соответствии с изобретением показан на фиг. 3. Предусмотрены четыре манжетных уплотнения 3, 8, 14 и 15, из которых манжетное уплотнение 3, расположенное ближе всех к области, обычно находящейся под повышенным давлением, установлено на выступе корпуса 1, а другие манжетные уплотнения 8, 14 и 15, разделенные между собой разделительными кольцами 13, 16 и 17, прижаты к уплотнению 3. В каждом из разделительных колец 13, 16 и 17 выполнено по одному, предпочтительно радиальному, отверстию 13а, 16а и 17а. Таким образом,

- 3 015280 среда из источника давления поступает через проточки 6, 11 и 18 корпуса в область между манжетными уплотнениями 3 и 8 и 8 и 14 соответственно, и в этих областях таким образом устанавливается давление, которое регулируют для нахождения на постоянном уровне.

Проточка 19 дальше всех находится от области, обычно находящейся под повышенным давлением, и служит не для дальнейшего создания давления, а для выпуска указанной среды или другой текучей среды, выходящей из области, обычно находящейся под повышенным давлением, через манжетные уплотнения 3, 8 и 14 в область 20 перед наиболее удаленным манжетным уплотнением 15. Если в проточке 19 предусмотрено сенсорное устройство (не показано) для указанной среды и/или другой технологической текучей среды или это устройство расположено вблизи проточки 19, то могут быть обнаружены любые утечки в уплотнительном устройстве.

В дополнение к среде для создания давления на манжетных уплотнениях или как альтернатива ему между любыми двумя уплотнениями можно использовать масло или другую смазку, чтобы сделать манжеты более гибкими.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Уплотнительное устройство для обеспечения герметичного прохождения вращающегося вала (2) через отверстия в корпусе (1), содержащее по меньшей мере одно манжетное уплотнение (3, 8, 14, 15) с уплотнительной губкой (3 а), отличающееся тем, что дополнительно содержит круглую камеру (5, 12, 20), выполненную по типу канавки, при этом между корпусом (1) и валом (2) на участке между камерой (5) и внутренней частью корпуса, обращенном от манжетного уплотнения (3, 8, 14, 15), образован зазор (7, 10) для дросселирования вытекающего потока, а единственное или каждое манжетное уплотнение (3, 8, 14, 15) установлено в выемке, предпочтительно выполненной по типу канавки, обращенной к вращающемуся валу (2), который проходит внутри отверстия корпуса, и снабжено по меньшей мере одним каналом (6, 11, 18), который может связывать источник давления со стороной одного или более манжетных уплотнений (3, 8, 14), обращенной к внутренней части камеры (5).
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере два манжетных уплотнения (3, 8, 14), которые установлены последовательно с образованием нескольких камер (5, 12, 20).
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрено дроссельное кольцо (9), установленное в выемке с внутренней стороны отверстия корпуса, по меньшей мере, со стороны наиболее близкого к внутренней части камеры (5) манжетного уплотнения (3), обращенной к внутренней части камеры (5).
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что предусмотрен по меньшей мере один канал (6 и 9а), который может связывать источник давления и камеру (5), расположенную между указанным дроссельным кольцом (9) и манжетным уплотнением (3).
5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что дроссельное кольцо (9) снабжено по меньшей мере одним, предпочтительно радиальным отверстием (9а), а канал (6), который связывает источник давления с камерой (5), расположенной между дроссельным кольцом (9) и манжетным уплотнением (3), проходит по меньшей мере через одно радиальное отверстие (9а) в дроссельном кольце (9).
6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что предусмотрен канал (17а, 19), проходящий из промежуточной камеры в окружающую среду между двумя манжетными уплотнениями (14 и 15), расположенными на удалении от камеры (5), для обеспечения выпуска среды, выходящей из камеры (5).
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что предусмотрено сенсорное устройство для среды, установленное в канале или в соединении с каналом (17а, 19), предназначенным для выпуска выходящей среды.