RU2368535C1

RU2368535C1 - Sealing of propeller shaft

Info

Publication number: RU2368535C1
Application number: RU2008112920/11A
Authority: RU
Inventors: Алексей Кузьмич Григорьев (RU); Алексей Кузьмич Григорьев
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2009-09-27

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: shaft sealing comprises the main seal, power elastic element with clamping split ring and sealing rotary antifriction ring, which interacts with non-rotary sealing antifriction ring, and emergency seal with support ring. Body of non-rotary antifriction ring is arranged in the form of elastic insert with petal spring poured inside, which is a response pair to power elastic element. Support ring of emergency seal is arranged with skew inverted to the side of end seal. Additionally seal is equipped with pumping pipeline with tap that connects sealing cavity with cavity of stern tube.

EFFECT: higher reliability of shaft seal.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано на судах для уплотнения гребных валов, а также в общем машиностроении в качестве уплотнения вращающихся вертикальных и горизонтальных валов насосов.The invention relates to the field of shipbuilding and can be used on ships for sealing propeller shafts, as well as in general engineering as a seal for rotating vertical and horizontal pump shafts.

Известны уплотнения гребных валов, включающие эластичные уплотнительные элементы в виде манжет, закрепленных на корпусе и контактирующих с валом. Эти эластичные элементы при этом подпружинены (авторское свидетельство №232784, F16J 15/54; авторское свидетельство №318766, F16J 15/18).Known propeller shaft seals, including elastic sealing elements in the form of cuffs mounted on the housing and in contact with the shaft. In this case, these elastic elements are spring-loaded (copyright certificate No. 232784, F16J 15/54; copyright certificate No. 318766, F16J 15/18).

Однако эти известные уплотнения недолговечны при воздействии на них динамических нагрузок, возникающих при переменных скоростях и направлениях вращения гребного вала из-за износа уплотнительных поверхностей, их перегреве и т.д.However, these known seals are short-lived when exposed to dynamic loads that occur at variable speeds and directions of rotation of the propeller shaft due to wear of the sealing surfaces, their overheating, etc.

Известно также уплотнение гребного вала в виде упорного кольца и эластичного уплотнительного элемента, образующих своими боковыми стенками торцовое уплотнение. Упорное кольцо расположено со стороны гребного винта и закреплено на гребном валу, а эластичный элемент находится со стороны подшипника и закреплен на неподвижных деталях. Эластичный элемент может также содержать пластинчатую пружину (патент Японии №53-36673, F16J 15/54).The propeller shaft seal is also known in the form of a thrust ring and an elastic sealing element, which form an end seal with their side walls. The thrust ring is located on the side of the propeller and mounted on the propeller shaft, and the elastic element is on the side of the bearing and mounted on the fixed parts. The elastic element may also comprise a leaf spring (Japanese Patent No. 53-36673, F16J 15/54).

Но это известное уплотнение может воспринимать радиальные перемещения гребного вала и не предназначено для восприятия больших осевых перемещений вала.But this known seal can perceive the radial displacement of the propeller shaft and is not intended to perceive large axial displacements of the shaft.

Известно также уплотнение гребного вала по авторскому свидетельству №1691224, включающее упорное вращающееся кольцо и подпружиненный эластичный элемент, представляющий собой кольцо, на рабочей поверхности которого выполнены серповидные канавки, обеспечивающие смазку и отвод тепла из зоны трения.The propeller shaft seal is also known according to the copyright certificate No. 1691224, which includes a thrust rotating ring and a spring-loaded elastic element, which is a ring, on the working surface of which there are crescent-shaped grooves providing lubrication and heat removal from the friction zone.

Однако эффективность работы серповидных канавок недостаточно высока из-за невысокой скорости потока прокачиваемой через них жидкости.However, the efficiency of the sickle grooves is not high enough due to the low flow rate of the fluid pumped through them.

Известно также уплотнение вала по патенту №2121096, кл. F16J 15/54, B63H 23/36, принятое за прототип. Уплотнение содержит основное уплотнение, силовой эластичный элемент с зажимным разъемным кольцом и уплотнительным вращающимся антифрикционным кольцом, взаимодействующим с невращающимся уплотнительным антифрикционным кольцом. Вращающееся антифрикционное уплотнительное кольцо выполнено в виде импеллера, образованного просверленными в указанном кольце радиальными и осевыми каналами. В невращающемся уплотнительном антифрикционном кольце выполнены циркуляционные каналы. Основное торцовое уплотнение содержит встроенное аварийное уплотнение, выполненное из двух металлических колец и помещенного между ними эластичного антифрикционного кольца.Also known shaft seal according to patent No. 2121096, class. F16J 15/54, B63H 23/36, adopted as a prototype. The seal contains the main seal, a force elastic element with a clamping split ring and a rotating rotating antifriction ring that interacts with a non-rotating sealing antifriction ring. The rotating anti-friction sealing ring is made in the form of an impeller formed by radial and axial channels drilled in the indicated ring. In the non-rotating sealing antifriction ring, circulation channels are made. The main mechanical seal contains an integrated emergency seal made of two metal rings and an elastic antifriction ring placed between them.

Произведенные стендовые испытания данного уплотнения показали, что при потере подвижности невращающегося антифрикционного кольца утечка воды через уплотнение увеличивается. При больших окружных скоростях из-за недостаточного теплоотвода наблюдается нагрев воды в пространстве между аварийным и основным торцовым уплотнением. Конструктивно данное уплотнение достаточно сложно.Performed bench tests of this seal showed that with loss of mobility of the non-rotating antifriction ring, water leakage through the seal increases. At high peripheral speeds, due to insufficient heat removal, water is heated in the space between the emergency and the main mechanical seal. Structurally, this seal is quite complicated.

Изобретение решает задачу повышения надежности торцового уплотнения путем совершенствования его конструкции.The invention solves the problem of improving the reliability of the mechanical seal by improving its design.

Поставленная задача решается тем, что в уплотнении вала, например гребного, содержащего основное уплотнение, силовой эластичный элемент с зажимным разъемным кольцом и уплотнительным вращающимся антифрикционным кольцом, взаимодействующим с невращающимся уплотнительным антифрикционным кольцом, и аварийное уплотнение с опорным кольцом, корпус невращающегося антифрикционного кольца выполнен в виде эластичной вставки с залитой внутрь лепестковой пружиной, являющейся ответной парой силовому эластичному элементу, а опорное кольцо аварийного уплотнения выполнено со скосом, обращенным в сторону торцового уплотнения. Дополнительно уплотнение снабжено трубопроводом прокачки с краном, соединяющим полость уплотнения с полостью дейдвудной трубы.The problem is solved in that in the shaft seal, for example, a propeller, containing the main seal, a force elastic element with a clamping split ring and a rotating rotating antifriction ring interacting with a non-rotating anti-friction sealing ring, and an emergency seal with a support ring, the non-rotating anti-friction ring housing is made in in the form of an elastic insert with a petal spring embedded inside, which is a reciprocal pair to the elastic force element, and the abutment support ring The leg seal formed with a bevel facing towards the mechanical seal. Additionally, the seal is equipped with a pumping pipeline with a valve connecting the seal cavity with the cavity of the stern tube.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 представлен продольный разрез уплотнения, установленного на валу; на фиг.2 - аварийное уплотнение во включенном состоянии; на фиг.3 - крепление уплотнения к дейдвудной трубе или корпусу насоса; на фиг.4 - фрагмент лепестковой пружины; на фиг.5 - соединение полости охлаждения торцового уплотнения с полостью охлаждения подшипника гребного вала или насоса.The invention is illustrated by drawings: in Fig.1 shows a longitudinal section of a seal mounted on a shaft; figure 2 - emergency seal in the on state; figure 3 - mounting the seal to the stern tube or pump casing; figure 4 is a fragment of a leaf spring; figure 5 - connection of the cooling cavity of the mechanical seal with the cooling cavity of the bearing of the propeller shaft or pump.

К дейдвудной трубе 1 или корпусу насоса болтами 2 и шпильками 3 с гайками 4 крепится корпус уплотнения 5 вместе с аварийным уплотнением 6 с невращающейся вставкой 7.The seal housing 5 is attached to the stern tube 1 or pump housing with bolts 2 and studs 3 with nuts 4 along with the emergency seal 6 with a non-rotating insert 7.

Аварийное уплотнение 6 состоит из опорного кольца 8, имеющего скос в сторону торцового уплотнения 9, нажимного кольца 10, эластичного уплотнительного кольца 11 и стяжных болтов 12.The emergency seal 6 consists of a support ring 8 having a bevel towards the mechanical seal 9, a pressure ring 10, an elastic sealing ring 11 and coupling bolts 12.

Торцовое уплотнение 9 состоит из невращающейся эластичной вставки 7, имеющей залитую внутрь лепестковую пружину 13 и антифрикционное кольцо 14; силового эластичного элемента 15, закрепленного на валу зажимным разъемным кольцом 16, стягиваемым болтами 17. На силовой эластичный элемент 15 устанавливается вращающееся металлическое кольцо 18, имеющее на рабочей поверхности керамическую наплавку 19 и удерживаемое от проворачивания штифтами 20.The mechanical seal 9 consists of a non-rotating elastic insert 7 having an inwardly flap spring 13 and an anti-friction ring 14; elastic elastic element 15, mounted on the shaft with a clamping split ring 16, tightened by bolts 17. A rotating metal ring 18 is installed on the power elastic element 15, which has ceramic overlay 19 on the working surface and is prevented from turning by pins 20.

Натяжное устройство состоит из нажимного кольца 21, шпилек 3, гаек 22 и 23. Установочный натяг эластичного силового элемента 15 обеспечивается путем перемещения нажимного кольца 21 по шпилькам 3 до упора в зажимное кольцо 16, при этом гайки 22 сворачиваются до упора, а гайки 23 вплотную прижаты к нажимному кольцу 21. Отдав болты 17, гайками 23 перемещают нажимное кольцо 21 вместе с зажимным кольцом 16 и силовым эластичным элементом 15 по оси вала на заданную величину. Одновременно с перемещением силового элемента 15 перемещается вдоль оси свободная часть эластичной вставки 6, передавая усилие на залитую лепестковую пружину 13. После установления натяга зажимное кольцо 16 стягивается болтами 17 с усилием, исключающим перемещение силового элемента 15 вместе с зажимным кольцом 16 в обратном направлении. Затем нажимное устройство устанавливают в исходное положение и стопорят гайками 22, 23.The tensioning device consists of a pressure ring 21, studs 3, nuts 22 and 23. The adjusting tension of the elastic power element 15 is ensured by moving the pressure ring 21 on the studs 3 all the way into the clamping ring 16, while the nuts 22 are folded until they stop, and the nuts 23 are flush pressed against the pressure ring 21. Having given the bolts 17, the nuts 23 move the pressure ring 21 together with the clamping ring 16 and the elastic force element 15 along the shaft axis by a predetermined amount. Simultaneously with the movement of the power element 15, the free part of the elastic insert 6 moves along the axis, transferring force to the flooded lobe spring 13. After the tightness is established, the clamping ring 16 is pulled together by bolts 17 with a force that excludes the movement of the power element 15 together with the clamping ring 16 in the opposite direction. Then the pressure device is set to its original position and locked with nuts 22, 23.

Уплотнение работает следующим образом. При вращении вала вместе с ним вращается силовой эластичный элемент 15 с вращающимся металлическим кольцом 18. Рабочая жидкость по каналам 24 импеллера подводится к уплотняющим поверхностям колец, смазывая и охлаждая их. При совмещении отверстий 24 импеллера с отверстиями 25 в антифрикционном кольце 14 происходит промывка каналов импеллера от механических примесей и сброс тепла во внутреннюю полость уплотнения. Часть каналов в антифрикционном кольце 14 и эластичной вставке 7 соединена трубопроводом прокачки 26 через кран 27 с рабочей полостью дейдвудной трубы или насоса. При совмещении отверстий 24 импеллера с этими каналами происходит перекачивание воды из полости уплотнения в рабочую полость дейдвудной трубы или насоса, обеспечивая тем самым приемлемый температурный режим работы уплотнения в целом.Sealing works as follows. When the shaft rotates, the elastic elastic element 15 rotates with the rotating metal ring 18. The working fluid is supplied through the impeller channels 24 to the sealing surfaces of the rings, lubricating and cooling them. When combining the impeller holes 24 with the holes 25 in the antifriction ring 14, the impeller channels are flushed from mechanical impurities and heat is released into the internal seal cavity. Part of the channels in the anti-friction ring 14 and the elastic insert 7 is connected by a pumping pipe 26 through the valve 27 with the working cavity of the stern tube or pump. When combining the impeller holes 24 with these channels, water is pumped from the seal cavity to the working cavity of the stern tube or pump, thereby ensuring an acceptable temperature regime for the seal as a whole.

Площадь эластичной вставки 7, подверженной воздействию рабочей жидкости со стороны дейдвудной трубы или рабочей полости насоса, больше внутренней полости эластичного силового элемента 15, что создает дополнительное усилие прижатия антифрикционного кольца эластичной вставкой 7 к вращающемуся металлическому кольцу 18, обеспечивая надежную герметизацию торцовой поверхности уплотнения. Одновременно с этим эластичная вставка 7 эффективно отслеживает колебания вала во всех направлениях. Этим же свойством обладает и силовой эластичный элемент 15, что в совокупности повышает надежность работы торцового уплотнения и сводит к минимуму утечку воды через уплотняющую торцовую поверхность.The area of the elastic insert 7 exposed to the working fluid from the side of the stern tube or the working cavity of the pump is larger than the internal cavity of the elastic power element 15, which creates an additional force of pressing the antifriction ring by the elastic insert 7 to the rotating metal ring 18, providing reliable sealing of the end surface of the seal. At the same time, the elastic insert 7 effectively monitors the vibrations of the shaft in all directions. The elastic elastic element 15 has the same property, which together increases the reliability of the mechanical seal and minimizes the leakage of water through the sealing end surface.

При отказе основного торцового уплотнения и невозможности остановки вала для восстановления утраченного установочного натяга силового элемента (штормовые условия, проход судна узкостями или невозможность быстрой остановки насоса во избежание возникновения аварийной ситуации) вводится в действие аварийное уплотнение 6. Для этого крест-накрест вворачиваются в нажимное кольцо 10 болты 12, что приводит к сжатию эластичного уплотнительного кольца 11 и уменьшению его внутреннего диаметра до диаметра вала (см. фиг.2). Сжатие эластичного уплотнительного кольца 11 производится до тех пор, пока утечка воды не уменьшится до приемлемого в эксплуатации значения.In case of failure of the main mechanical seal and the impossibility of stopping the shaft to restore the lost installation tension of the power element (stormy conditions, passage of the ship with narrownesses or the impossibility of a quick stop of the pump to avoid an emergency), emergency seal 6 is activated. 10 bolts 12, which leads to compression of the elastic sealing ring 11 and a decrease in its inner diameter to the diameter of the shaft (see figure 2). Compression of the elastic sealing ring 11 is carried out until the water leakage is reduced to an acceptable value in operation.

Аварийное уплотнение предназначено для кратковременной работы, поэтому при первой возможности необходимо восстановить герметичность основного уплотнения, а аварийное уплотнение привести в исходное положение с помощью болтов 12.The emergency seal is designed for short-term operation, therefore, as soon as possible, it is necessary to restore the tightness of the main seal, and bring the emergency seal to its original position using bolts 12.

При установке уплотнения в кормовой подводной части вала нажимное устройство и аварийное уплотнение не устанавливают.When installing the seal in the aft underwater part of the shaft, the pressure device and emergency seal are not installed.

Преимуществами заявляемой конструкции уплотнения являются следующие:The advantages of the claimed seal design are as follows:

- благодаря эластичной вставке с залитой лепестковой пружиной упрощается конструкция уплотнения путем исключения промежуточного кольца и невращающегося металлического кольца со штифтами и уплотнительными кольцами;- thanks to an elastic insert with a spring-loaded petal spring, the design of the seal is simplified by eliminating the intermediate ring and non-rotating metal ring with pins and o-rings;

- эластичная вставка с залитой внутрь лепестковой пружиной вместе с силовым эластичным элементом обеспечивает отслеживание как продольных, так и радиальных перемещений вала во всех направлениях, что снижает утечку воды до минимального значения;- an elastic insert with a petal spring embedded inside together with a power elastic element provides tracking of both longitudinal and radial movements of the shaft in all directions, which reduces water leakage to a minimum value;

- наличие дополнительной прокачки воды из полости уплотнения в рабочую полость дейдвудной трубы или насоса снижает температурный режим работы уплотнения;- the presence of additional pumping of water from the seal cavity into the working cavity of the stern tube or pump reduces the temperature regime of the seal;

- наличие антифрикционной керамической наплавки на рабочей поверхности вращающегося металлического кольца повышает надежность работы уплотнения в жидкости, содержащей абразивные частицы, что существенно снижает износ рабочих поверхностей трения;- the presence of antifriction ceramic surfacing on the working surface of a rotating metal ring increases the reliability of the seal in a fluid containing abrasive particles, which significantly reduces the wear of the friction surfaces;

- скос опорного кольца аварийного уплотнения обеспечивает большую внутреннюю площадь контакта со стороны эластичной вставки с рабочей жидкостью по отношению к внутренней площади контакта силового эластичного элемента с рабочей жидкостью, исключает возможность раскрытия уплотняющих поверхностей в процессе работы от воздействия посторонних факторов, например вибрации.- the bevel of the support ring of the emergency seal provides a large internal contact area from the side of the elastic insert with the working fluid relative to the internal contact area of the power elastic element with the working fluid, eliminates the possibility of opening of the sealing surfaces during operation from the influence of extraneous factors, such as vibration.

Таким образом, заявляемая конструкция уплотнения вала обладает повышенной надежностью по сравнению с известными аналогичными уплотнениями. Проведенные стендовые испытания на экспериментальном стенде дейдвудных устройств подтвердили правильность заложенных в конструкцию технических решений.Thus, the claimed design of the shaft seal has increased reliability compared to known similar seals. Conducted bench tests at the experimental stand of stern devices confirmed the correctness of the technical solutions incorporated in the design.

Claims

1. Уплотнение вала, например гребного, содержащее основное уплотнение, силовой эластичный элемент с зажимным разъемным кольцом и уплотнительным вращающимся антифрикционным кольцом, взаимодействующим с невращающимся уплотнительным антифрикционным кольцом, и аварийное уплотнение с опорным кольцом, отличающееся тем, что корпус невращающегося антифрикционного кольца выполнен в виде эластичной вставки с залитой внутрь лепестковой пружиной, являющейся ответной парой силовому эластичному элементу, а опорное кольцо аварийного уплотнения выполнено со скосом, обращенным в сторону торцового уплотнения.1. A shaft seal, for example a propeller, containing the main seal, a force elastic element with a clamping split ring and a rotating rotating antifriction ring interacting with a non-rotating anti-friction sealing ring, and an emergency seal with a support ring, characterized in that the housing of the non-rotating anti-friction ring is made in the form elastic insert with a petal spring embedded inside, which is a reciprocal pair to the elastic force element, and the emergency ring support ring It executes the bevel facing towards the mechanical seal.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено трубопроводом прокачки с краном, соединяющим полость уплотнения с полостью дейдвудной трубы. 2. The seal according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with a pumping pipeline with a valve connecting the seal cavity with the cavity of the stern tube.