RU2444664C1 - Floating seal - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: seal consists of case, internal floating "oil-gas" O-ring with raised surface, external floating O-ring with damping pads locked by lock screws. Note here that, at least, one locking screws locks said O-ring against turning relative to case thanks to availability of elongated head. Additional flexible ring is arranged between outer O-ring and case to make mechanical damper to add to seal stiffness. External O-ring outer surface and case inner surface are provided with ledges shifted relative to each other in circular direction. External O-ring is provided with channel to communicate damping film location zone adjoining damping pad outer surface with clearance between external O-ring and seal case, and compressor housing cover.

EFFECT: reliable seal of rotary shaft, increased stiffness and better damping properties.

5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к плавающим уплотнениям, и может быть использовано для герметизации вращающихся валов компрессоров, газовых и паровых турбин, насосов и других роторных центробежных машин.The invention relates to a sealing technique, in particular to floating seals, and can be used to seal the rotating shafts of compressors, gas and steam turbines, pumps and other rotary centrifugal machines.

Известно плавающее уплотнение вращающегося вала, включающее корпус, через который проходит вращающийся вал, на котором с уплотнительным зазором установлено внутреннее уплотнительное плавающее кольцо и наружное уплотнительное плавающее кольцо с зафиксированными в нем опорными самоустанавливающимися демпферными колодками [патент РФ на изобретение №2303731, F16J 15/34, 2006], прототип.A floating rotary shaft seal is known, including a housing through which a rotary shaft passes, on which an internal sealing floating ring and an external sealing floating ring with support self-installing damper pads fixed in it are installed [patent of the Russian Federation for the invention No. 2303731, F16J 15/34 , 2006], a prototype.

Демпфирующие свойства такого уплотнения не обеспечивают эффективного гашения вибраций, а недостаточная жесткость не гарантирует отстройки от резонансных колебаний в широком диапазоне, что создает угрозу протечек масла в полость, например, компрессора, и не обеспечивает достаточной надежности машины.The damping properties of such a seal do not provide effective damping of vibrations, and insufficient rigidity does not guarantee detuning from resonance vibrations in a wide range, which creates a risk of oil leakage into the cavity, for example, of a compressor, and does not provide sufficient reliability of the machine.

Таким образом, техническая задача, на которую направлено настоящее изобретение, состоит в создании уплотнения повышенной жесткости с возможностью отстройки от резонансных колебаний в широком диапазоне и с улучшенными демпфирующими свойствами. Использование предлагаемого технического решения обеспечивает снижение протечек масла в полость, в частности, компрессора и повышает его надежность.Thus, the technical problem to which the present invention is directed is to create a seal of increased rigidity with the ability to tune away from resonant vibrations in a wide range and with improved damping properties. The use of the proposed technical solution ensures the reduction of oil leaks into the cavity, in particular, of the compressor and increases its reliability.

Данная техническая задача решается за счет создания плавающего уплотнения вращающегося вала, которое, как и прототип, включает корпус, через который проходит вращающийся вал, на котором с уплотнительным зазором установлено внутреннее уплотнительное плавающее кольцо и наружное уплотнительное плавающее кольцо с зафиксированными в нем опорными самоустанавливающимися демпферными колодками, но в котором в отличие от прототипа, наружная поверхность внутреннего плавающего уплотнительного кольца выполнена рельефной, наружное плавающее уплотнительное кольцо зафиксировано от проворота относительно корпуса, благодаря наличию винтов-стопоров, фиксирующих демпферные колодки в наружном плавающем уплотнительном кольце, по крайней мере, один из которых обеспечивает фиксацию самого кольца от проворота относительно корпуса уплотнения за счет удлиненной головки, по крайней мере, у одного такого винта-стопора; на наружной поверхности наружного плавающего уплотнительного кольца и на внутренней поверхности корпуса выполнены выступы, смещенные относительно друг друга и имеющие возможность перемещения относительно друг друга в окружном направлении, между наружным плавающим уплотнительным кольцом и корпусом установлено добавочное упругое кольцо, причем в наружном уплотнительном плавающем кольце выполнен канал, соединяющий зону расположения демпфирующей пленки, примыкающую к наружной поверхности демпфирующей колодки, с зазором между наружным плавающим уплотнительным кольцом и корпусом уплотнения, кроме того, в наружную поверхность наружного плавающего уплотнительного кольца встроено эластичное кольцо, выполненное, например, из резины, а к наружной поверхности корпуса уплотнения примыкает кольцо из жесткого материала, например, из фторопласта, выполненное с продольным разрезом.This technical problem is solved by creating a floating seal of the rotating shaft, which, like the prototype, includes a housing through which the rotating shaft passes, on which, with the sealing gap, an internal sealing floating ring and an external sealing floating ring with fixed support self-installing damper pads fixed in it , but in which, unlike the prototype, the outer surface of the inner floating o-ring is embossed, the outer floating unitary enterprise the locking ring is fixed against rotation relative to the housing, due to the presence of stop screws fixing the damper pads in the outer floating sealing ring, at least one of which secures the ring itself from rotating against the sealing housing due to the elongated head of at least one such a locking screw; On the outer surface of the outer floating o-ring and on the inner surface of the housing, protrusions are made that are offset relative to each other and can move relative to each other in the circumferential direction, an additional elastic ring is installed between the outer floating o-ring and the housing, and a channel is made in the outer o-ring connecting the zone of location of the damping film adjacent to the outer surface of the damping pad, with a gap between the outer m with a floating o-ring and seal housing, in addition, an elastic ring made of, for example, rubber is embedded in the outer surface of the outer floating o-ring, and a ring of rigid material, for example, fluoroplastic, made with a longitudinal section is adjacent to the outer surface of the seal body .

Существенными признаками, по которым изобретение отличается от прототипа, является следующее:The essential features by which the invention differs from the prototype is the following:

- наружная поверхность внутреннего плавающего уплотнительного кольца выполнена рельефной, что улучшает теплоотвод от кольца, способствует снижению вязкости в зазоре, за счет чего сводится к минимуму расход протечек в масло-газовую полость;- the outer surface of the inner floating o-ring is embossed, which improves heat dissipation from the ring, helps to reduce the viscosity in the gap, which minimizes the leakage rate into the oil-gas cavity;

- по крайней мере, один винт-стопор дополнительно обеспечивает фиксацию наружного плавающего уплотнительного кольца от проворота относительно корпуса, обеспечивая монолитность всей конструкции уплотнения, что значительно упрощает его демонтаж;- at least one screw-stopper additionally provides fixation of the outer floating sealing ring from rotation relative to the housing, ensuring the integrity of the entire seal structure, which greatly simplifies its dismantling;

- между наружным плавающим уплотнительным кольцом и корпусом установлено добавочное упругое кольцо, которое является механическим демпфером, повышающим жесткость уплотнения. Сущность использования данного добавочного кольца состоит в том, что в процессе работы данное кольцо поочередно контактирует своей наружной и внутренней поверхностями с выступами на наружной поверхности наружного плавающего уплотнительного кольца и на внутренней поверхности корпуса, соответственно. Сечение добавочного кольца рассчитано таким образом, что при воздействии на наружное плавающее уплотнительное кольцо нагрузки, превышающей силу его прижатия к крышке компрессора, добавочное кольцо прогибается в пределах зазора между наружным плавающим уплотнительным кольцом и корпусом уплотнения. При этом со стороны добавочного кольца возникает сила реакции, действующая на наружное плавающее уплотнительное кольцо и направленная в сторону, противоположную его смещению;- between the outer floating sealing ring and the casing an additional elastic ring is installed, which is a mechanical damper that increases the rigidity of the seal. The essence of using this additional ring is that during operation, this ring alternately contacts its outer and inner surfaces with the protrusions on the outer surface of the outer floating o-ring and on the inner surface of the housing, respectively. The cross-section of the auxiliary ring is designed in such a way that when the external floating sealing ring is subjected to a load exceeding the force of its pressing against the compressor cover, the additional ring bends within the gap between the external floating sealing ring and the seal body. In this case, from the side of the additional ring there arises a reaction force acting on the outer floating sealing ring and directed in the direction opposite to its displacement;

- в наружном уплотнительном плавающем кольце выполнен канал, соединяющий зону расположения демпфирующей пленки, примыкающую к наружной поверхности демпферной колодки, с зазором между наружным уплотнительным плавающим кольцом и корпусом уплотнения. От демпферных колодок из зоны расположения демпфирующей пленки производится отбор масла в зазор между наружным плавающим уплотнительным кольцом и корпусом уплотнения. Масло, находящееся в этом зазоре, является гидравлическим демпфером при воздействии нагрузки на наружное плавающее уплотнительное кольцо, что также улучшает демпфирующие свойства уплотнения и повышает его жесткость;- a channel is made in the outer sealing floating ring connecting the damping film location zone adjacent to the outer surface of the damper pad with a gap between the outer floating floating ring and the seal body. From the damper pads from the area of the damping film, oil is taken into the gap between the outer floating o-ring and the seal housing. The oil in this gap is a hydraulic damper when exposed to a load on the outer floating o-ring, which also improves the damping properties of the seal and increases its rigidity;

- в наружную поверхность наружного плавающего уплотнительного кольца встроено эластичное кольцо, а к наружной поверхности корпуса уплотнения примыкает кольцо из жесткого материала. Наличие эластичного кольца, в частности, резинового, и жесткого кольца из фторопласта способствует надежному удержанию масла в образовавшейся демпфирующей полости, при этом кольцо из жесткого материала имеет продольный разрез, обеспечивающий приток масла для охлаждения колец, что благоприятно влияет на обеспечение надежности уплотнения.- an elastic ring is built into the outer surface of the outer floating o-ring, and a ring of rigid material is adjacent to the outer surface of the seal housing. The presence of an elastic ring, in particular, a rubber one, and a rigid ring made of fluoroplastic contribute to the reliable retention of oil in the resulting damping cavity, while the ring of rigid material has a longitudinal section, which provides oil flow for cooling the rings, which favorably affects the reliability of the seal.

Весь комплекс перечисленных выше существенных признаков, в сравнении с прототипом, является необходимым и достаточным для решения поставленных технических задач, а именно, для создания удобного в работе надежного уплотнения повышенной жесткости с улучшенными демпфирующими свойствами.The whole complex of the essential features listed above, in comparison with the prototype, is necessary and sufficient to solve the technical problems posed, namely, to create an easy-to-use reliable seal of increased stiffness with improved damping properties.

Изобретение поясняется чертежами примера его конкретного осуществления.The invention is illustrated by drawings of an example of its specific implementation.

На фиг.1 изображен продольный разрез уплотнения вращающегося вала компрессора.Figure 1 shows a longitudinal section of the seal of the rotating shaft of the compressor.

На фиг.2 дан разрез по А-А фиг.1.Figure 2 is a section along aa of figure 1.

На фиг.3 дано схематическое изображение расположения выступов на наружной поверхности наружного плавающего уплотнительного кольца и выступов на внутренней поверхности корпуса уплотнения.Figure 3 shows a schematic representation of the location of the protrusions on the outer surface of the outer floating o-ring and the protrusions on the inner surface of the seal housing.

Уплотнение вращающегося вала компрессора состоит из корпуса 1, фиг.1, внутреннего плавающего уплотнительного кольца типа «масло-газ» 2 с рельефной наружной поверхностью, обеспечивающего минимальное проникновение масла в полость компрессора; наружного плавающего уплотнительного кольца 3 с шестью опорными демпферными колодками 4, которые обеспечивают центрирование кольца относительно оси вращения ротора, а также обеспечивают его динамическую устойчивость. Колодки 4 в кольце 3 фиксируются от проворота винтами-стопорами 5, 6, фиг.2, причем диаметрально противоположно размещенные винты-стопоры 6 фиксируют кольцо 3 от проворота относительно корпуса 1, благодаря наличию у винта-стопора 6 удлиненной головки. Между наружным плавающим уплотнительным кольцом 3 и корпусом 1 установлено добавочное упругое кольцо 7, являющееся механическим демпфером, повышающим жесткость уплотнения. На наружной поверхности наружного уплотнительного плавающего кольца 3 и на внутренней поверхности корпуса 1 предусмотрены выступы 8, 9, соответственно, смещенные относительно друг друга в окружном направлении (фиг.3). В наружном плавающем уплотнительном кольце 3 выполнен канал 10, соединяющий зону расположения демпфирующей пленки, примыкающую к наружной поверхности демпферной колодки 4, с зазором 11 между наружным плавающим уплотнительным кольцом 3 и корпусом уплотнения 1, а также крышкой корпуса компрессора 12. Масло в данном зазоре является гидравлическим демпфером при нагрузке на наружное плавающее кольцо 3. Масло удерживается в зазоре 11 за счет торцовой поверхности наружного плавающего уплотнительного кольца 3, резинового кольца 13 и фторопластового кольца 14. Фторопластовое кольцо 14 имеет продольный разрез 15, обеспечивающий проток масла для охлаждения колец.The seal of the rotating shaft of the compressor consists of a housing 1, Fig. 1, an internal floating sealing ring of the oil-gas type 2 with a relief external surface, which ensures minimal penetration of oil into the cavity of the compressor; an external floating sealing ring 3 with six supporting damper pads 4, which provide centering of the ring relative to the axis of rotation of the rotor, and also ensure its dynamic stability. The pads 4 in the ring 3 are fixed from rotation by the stop screws 5, 6, Fig. 2, and diametrically opposed stop screws 6 fix the ring 3 from the rotation relative to the housing 1, due to the presence of an elongated screw stopper 6. Between the outer floating sealing ring 3 and the housing 1, an additional elastic ring 7 is installed, which is a mechanical damper that increases the rigidity of the seal. On the outer surface of the outer sealing floating ring 3 and on the inner surface of the housing 1, protrusions 8, 9 are provided, respectively, offset relative to each other in the circumferential direction (Fig. 3). In the outer floating sealing ring 3, a channel 10 is made connecting the damping film location zone adjacent to the outer surface of the damper block 4, with a gap 11 between the outer floating sealing ring 3 and the seal housing 1, as well as the cover of the compressor housing 12. The oil in this gap is hydraulic damper when loading on the outer floating ring 3. The oil is held in the gap 11 due to the end surface of the outer floating sealing ring 3, the rubber ring 13 and the fluoroplastic ring 14. The fluoroplastic ring 14 has a longitudinal section 15, providing an oil flow for cooling the rings.

Уплотнение работает следующим образом.Sealing works as follows.

Масло из корпуса компрессора через отверстия в корпусе 1 уплотнения подается под давлением в полость между внутренним 2, наружным 3 плавающими уплотнительными кольцами. Далее часть масла дросселируется через внутреннее уплотнительное плавающее кольцо 2 в масло - газовую полость, другая же часть масла дросселируется через отверстия в наружном плавающем уплотнительном кольце 3 на слив в маслобак. При этом масло поступает из зоны расположения демпфирующей пленки, примыкающей к наружной поверхности демпферных колодок 4, установленных в наружном уплотнительном плавающем кольце 3, в зазор между наружным уплотнительным плавающим кольцом 3 и корпусом 1 уплотнения, а также крышкой корпуса компрессора 12.Oil from the compressor housing through the holes in the seal housing 1 is supplied under pressure into the cavity between the inner 2, outer 3 floating o-rings. Further, a part of the oil is throttled through the internal sealing floating ring 2 into the oil - gas cavity, while the other part of the oil is throttled through the holes in the outer floating sealing ring 3 to drain into the oil tank. When this oil comes from the location of the damping film adjacent to the outer surface of the damper pads 4 installed in the outer sealing ring 3, into the gap between the outer sealing ring 3 and the seal housing 1, as well as the cover of the compressor housing 12.

Claims (5)

1. Плавающее уплотнение вращающегося вала, включающее корпус, через который проходит вращающийся вал, на котором с уплотнительным зазором установлено внутреннее уплотнительное плавающее кольцо и наружное уплотнительное плавающее кольцо с зафиксированными в нем опорными самоустанавливающимися демпферными колодками, отличающееся тем, что наружная поверхность внутреннего уплотнительного плавающего кольца выполнена рельефной, демпферные колодки зафиксированы в наружном плавающем уплотнительном кольце винтами-стопорами, по крайней мере, один из которых обеспечивает фиксацию самого кольца от проворота относительно корпуса уплотнения;
на наружной поверхности наружного уплотнительного плавающего кольца и на внутренней поверхности корпуса выполнены выступы, смещенные относительно друг друга в окружном направлении, между наружным уплотнительным плавающим кольцом и корпусом установлено добавочное упругое кольцо, при этом в наружном плавающем уплотнительном кольце выполнен канал, соединяющий зону расположения демпфирующей пленки, примыкающую к наружной поверхности демпферной колодки, с зазором между наружным уплотнительным плавающим кольцом и корпусом уплотнения.1. A floating seal of a rotating shaft, comprising a housing through which a rotating shaft passes, on which an internal sealing floating ring and an external sealing floating ring with support self-aligning damper pads fixed therein are installed, characterized in that the outer surface of the internal sealing floating ring made in relief, the damper pads are fixed in the outer floating sealing ring with stop screws, at least D, one of which provides fixation of the ring against rotation relative to the seal housing;
On the outer surface of the outer sealing floating ring and on the inner surface of the housing, protrusions are made that are offset relative to each other in the circumferential direction, an additional elastic ring is installed between the outer sealing floating ring and the housing, while a channel connecting the damping film location zone is made in the outer floating sealing ring adjacent to the outer surface of the damper pad, with a gap between the outer sealing floating ring and the seal housing. 2. Плавающее уплотнение по п.1, отличающееся тем, что, по крайней мере, один винт-стопор снабжен удлиненной головкой.2. The floating seal according to claim 1, characterized in that at least one stop screw is provided with an elongated head. 3. Плавающее уплотнение по п.1, отличающееся тем, что в наружную поверхность наружного уплотнительного плавающего кольца встроено эластичное кольцо, выполненное, например, из резины.3. The floating seal according to claim 1, characterized in that in the outer surface of the outer sealing floating ring integrated elastic ring made, for example, of rubber. 4. Плавающее уплотнение по п.1, отличающееся тем, что к наружной поверхности корпуса уплотнения примыкает кольцо из жесткого материала, например фторопласта, выполненное с продольным разрезом.4. The floating seal according to claim 1, characterized in that a ring of rigid material, for example fluoroplastic, made with a longitudinal section, is adjacent to the outer surface of the seal housing. 5. Плавающее уплотнение по п.1, отличающееся тем, что выступы на наружной поверхности наружного уплотнительного плавающего кольца и на внутренней поверхности корпуса уплотнения имеют возможность перемещения относительно друг друга в окружном направлении. 5. The floating seal according to claim 1, characterized in that the protrusions on the outer surface of the outer sealing floating ring and on the inner surface of the seal housing can move relative to each other in the circumferential direction.

Images