Патент уплотнение

Торцевое уплотнение

Владельцы патента RU 2445535:

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям насосов. Торцевое уплотнение содержит уплотнительные кольца, герметизированные эластичными прокладками относительно корпуса и вала и поджатые друг к другу пружиной. Уплотнительные кольца выполнены с цилиндрическими выступами, образующими лабиринт, охватывающий их трущиеся поверхности, на которые нанесен слой износостойкого и термостойкого материала (в частности, слой окиси алюминия методом микродугового оксидирования). Уплотнительное кольцо, герметизированное относительно вала, непосредственно сопряжено с пружиной. Изобретение повышает надежность уплотнения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям насосов.

Известно торцевое уплотнение, содержащее уплотнительные кольца, герметизированные эластичными прокладками соответственно относительно вала и корпуса и поджатые друг к другу пружиной через шайбу (см. Патент СССР №1799791 от 23.01.93).

Недостатком известного устройства является низкая надежность, обусловленная тем, что при попадании взвешенных частиц или при кратковременном перерыве подачи жидкости и прекращении охлаждения уплотнения имеет место нарушение его герметичности и перегрев эластичных прокладок. Под действием центробежных сил шайба и пружина смещаются, что приводит к дисбалансу вала и к уменьшению срока службы подшипниковой опоры.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении надежности уплотнения путем устранения вышеуказанных недостатков.

Технический результат достигается тем, что в торцевом уплотнении, содержащем уплотнительные кольца, герметизированные эластичными прокладками соответственно относительно вала и корпуса и поджатые друг к другу пружиной, уплотнительные кольца выполнены с цилиндрическими выступами, образующими лабиринт, охватывающий их трущиеся поверхности, на которые нанесен слой износостойкого и термостойкого материала (в частности, слой окиси алюминия методом микродугового оксидирования), а уплотнительное кольцо, герметизированное относительно вала, непосредственно сопряжено с пружиной.

Пружина может быть выполнена бочкообразной, с расположением ее крайних витков в контакте с валом.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Торцевое уплотнение содержит подвижное уплотнительное кольцо 1 и неподвижное уплотнительное кольцо 2, герметизированные относительно вала 3 и корпуса 4 соответственно эластичными прокладками 5 и 6. Кольца 1 и 2 поджаты друг к другу бочкообразной пружиной 7, крайние витки которой расположены в контакте с валом. В зоне контакта колец 1 и 2 на их трущиеся поверхности нанесены слои 8 и 9 износостойкого и термостойкого материала и указанная зона охвачена лабиринтом А, образованным цилиндрическими выступами 10 и 11 уплотнительных колец.

В описанной конструкции торцевого уплотнения уплотнительное кольцо 1 выполняет функцию подпорной шайбы, которая соосна с валом и поэтому не создает дисбаланс. Использование бочкообразной пружины с крайними витками, контактирующими с внешней поверхностью вала, также способствует устранению возможности возникновения дисбаланса, т.к. соосность пружины и вала сохраняется на всех эксплуатационных режимах насоса.

Уплотнение вала действует известным образом, при котором кольцо 1, пружина 7 и прокладка 5 вращаются вместе с валом 3. Кольцо 1 имеет контакт с неподвижным кольцом 2, уплотненным относительно корпуса 4 посредством прокладки 6.

Слои 8 и 9 в месте контакта колец 1 и 2 снижают коэффициент трения и исключают задиры поверхностей трения и перегрев прокладок 5, 6 при работе насоса в условиях перерыва подачи жидкости.

1. Торцевое уплотнение, содержащее уплотнительные кольца, герметизированные эластичными прокладками соответственно относительно вала и корпуса и поджатые друг к другу пружиной, отличающееся тем, что уплотнительные кольца выполнены с цилиндрическими выступами, образующими лабиринт, охватывающий их трущиеся поверхности, на которые нанесен слой износостойкого и термостойкого материала, а уплотнительное кольцо, герметизированное относительно вала, непосредственно сопряжено с пружиной.

2. Торцевое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что пружина выполнена бочкообразной и ее крайние витки расположены в контакте с валом.

Лабиринтное уплотнение

Владельцы патента RU 2412390:

Изобретение относится к конструкциям лабиринтных уплотнений. Лабиринтное уплотнение содержит секции, каждая из которых состоит из гребня, расположенного на ступенчатой поверхности ротора, и ответного сотоблока, расположенного на ступенчатой поверхности статора. Секции объединены, по меньшей мере, в две группы, причем последняя секция одной группы смещена относительно первой секции другой группы в радиальном и осевом направлениях на величину, не менее чем высота гребня. Изобретение обеспечивает повышение эффективности уплотнения, сохранение работоспособности уплотнения при увеличении радиального зазора, компактность уплотнения в радиальном направлении. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области энергомашиностроения, конкретно к конструкции лабиринтных уплотнений.

Известно лабиринтное уплотнение, образованное участками ступенчатых поверхностей вращающегося и неподвижного компонентов с соответствующей уплотняющей структурой. На ступенчатой поверхности вращающегося компонента уплотнения имеются гребни, причем каждая последующая ступень ниже предыдущей не более чем на половину высоты гребня. На ступенчатой поверхности неподвижного компонента расположены ответные сотовые элементы. Гребни и сотовые элементы находятся на определенном расстоянии друг от друга и образуют радиальный зазор (патент США №4554789, F01D 11/04).

Недостатком данной конструкции является увеличение радиального зазора уплотнения вследствие тепловых расширений на нестационарных режимах работы. При этом из-за небольшой высоты ступени в уплотнении возникает сквозная щель, что приводит к увеличению утечки рабочей среды и снижению тем самым эффективности уплотнения.

Наиболее близким устройством к предлагаемому по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа является лабиринтное уплотнение, образованное участками ступенчатых поверхностей вращающегося компонента (ротора) и неподвижного компонента (статора) с соответствующей уплотняющей структурой. На ступенчатой поверхности ротора имеется, по меньшей мере, один периферийный зубец (гребень), причем высота ступени равна половине высоты гребня. На ступенчатой поверхности статора расположена ответная снашивающаяся часть (истираемые элементы). Гребень работает совместно с истираемым элементом и образует секцию уплотнения. Гребни и истираемые элементы находятся на определенном расстоянии друг от друга и образуют радиальный зазор, необходимый для предотвращения повреждений гребней. Радиальный зазор между гребнями и истираемыми элементами определяет поток утечек через лабиринтное уплотнение. Радиальная высота уплотнения определяется высотой и количеством ступеней (патент РФ №2357090, F02C 7/28, F01D 11/02).

Недостатком данной конструкции является то, что при изнашивании истираемых элементов радиальный зазор увеличивается, что приводит к возрастанию потока утечек, а следовательно, к снижению эффективности уплотнения. С увеличением количества ступеней увеличивается радиальная высота уплотнения, что не всегда допускается конструкцией и влияет на компактность уплотнения в радиальном направлении.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка конструкции лабиринтного уплотнения, обеспечивающей повышение эффективности уплотнения; сохранение работоспособности уплотнения при увеличении радиального зазора; компактность уплотнения в радиальном направлении.

Для решения поставленной задачи лабиринтное уплотнение содержит секции, каждая из которых состоит из гребня, расположенного на ступенчатой поверхности вращающегося компонента и ответного истираемого элемента, расположенного на ступенчатой поверхности неподвижного компонента. Секции объединены, по меньшей мере, в две группы. Последняя секция одной группы смещена относительно первой секции другой группы в радиальном и осевом направлениях на величину, не менее чем высота гребня.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет решить поставленную задачу, а именно:

— повышение эффективности уплотнения за счет снижения утечек рабочей среды, что достигается тем, что в пространстве между группами, образованном смещением секций, струя рабочей среды (воздуха, пара, газа) дважды меняет свое направление, создавая гидравлическое сопротивление;

— сохранение работоспособности уплотнения при увеличении радиального зазора за счет того, что в уплотнении не возникает сквозная щель, что достигается тем, что уплотнение образует группы и создает дополнительный лабиринт для прохождения рабочей среды, в котором возникает гидравлическое сопротивление;

— компактность конструкции уплотнения в радиальном направлении за счет выполнения групп, которые ведут к уменьшению радиальной высоты уплотнения. По сравнению с прототипом при тех же осевых размерах радиальная высота уменьшается с увеличением числа групп.

С целью дополнительного повышения эффективности уплотнения в предлагаемой конструкции внутри группы между секциями выполнен осевой дросселирующий зазор. Зазор образован торцевой поверхностью вращающегося компонента с гребнем предыдущей секции и торцевой поверхностью истираемого элемента следующей секции. Величина дросселирующего зазора составляет 0-0,3 высоты гребня. Дросселирующий зазор обеспечивает истечение струи рабочей среды с последующим ее расширением на входе в следующую секцию группы. Это создает гидравлическое сопротивление, что приводит к снижению утечек рабочей среды.

Новым в заявляемом изобретении является то, что секции уплотнения объединены, по меньшей мере, в две группы, причем последняя секция одной группы смещена относительно первой секции другой группы в радиальном и осевом направлениях на величину, не менее чем высота гребня.

Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».

Анализ каждого из отличительных признаков показал, что объединение секций, по меньшей мере, в две группы, смещение последней секции одной группы относительно первой секции другой группы в радиальном и осевом направлениях на величину, не менее чем высота гребня, не выявлено из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

На чертежах представлены примеры конкретного выполнения лабиринтного уплотнения.

На фиг.1 представлена компоновка уплотнения, имеющего 2 группы, причем последняя секция одной группы смещена относительно первой секции другой группы в радиальном и осевом направлениях на величину, равную высоте гребня.

На фиг.2 представлена компоновка уплотнения, имеющего 2 группы, причем последняя секция одной группы смещена относительно первой секции другой группы в радиальном направлении на величину, равную высоте группы, имеющей большее количество секций, а в осевом направлении — на величину, равную высоте секции.

На фиг.3 представлена компоновка уплотнения, имеющего 2 группы, причем последняя секция одной группы смещена относительно первой секции другой группы в радиальном направлении на величину, равную высоте секции, а в осевом направлении — на величину, равную высоте гребня.

Лабиринтное уплотнение содержит секции, каждая из которых состоит из гребня 1, расположенного на ступенчатой поверхности ротора 2 (вращающегося компонента) и ответного сотоблока 3 (истираемого элемента), расположенного на ступенчатой поверхности статора 4 (неподвижного компонента). Сотоблок 3 состоит из заполнителя, скрепленного с основанием. Заполнитель представляет собой сотовую структуру с ячейками, грани которых образованы тонкостенными полосами, соединенными между собой. Высота секции h определяется высотой s гребня 1 и высотой n сотоблока 3 с учетом радиального зазора δ между ними. Радиальный зазор δ между гребнем 1 и сотоблоком 3 определяет поток утечек через лабиринтное уплотнение. Секции объединены, по меньшей мере, в две группы. Высота группы Н прямо пропорциональна количеству секций в группе. В каждой группе может быть разное количество секций. Последняя секция одной группы смещена относительно первой секции другой группы в радиальном и осевом направлении на величину, не менее чем высота гребня 1 (Фиг.1). Таким образом, в пространстве 8 между группами, образованном смещением секций, струя рабочей среды (воздуха, пара, газа) дважды меняет свое направление.

Каждая секция в группе расположена ниже предыдущей на 0,7-1,0 высоты s гребня 1, образуя ступень 5 таким образом, что горизонтальная поверхность ротора 2 с гребнем 1 предыдущей секции и горизонтальная поверхность сотоблока 3 следующей секции образуют зазор β, величина которого определяется высотой m ступени 5 и величиной радиального зазора δ между гребнем 1 и сотоблоком 3. Это предотвращает касание горизонтальных поверхностей ротора 2 и сотоблока 3.

Внутри группы между секциями выполнен осевой дросселирующий зазор σ. Зазор образован торцевой поверхностью 6 ротора 2 с гребнем 1 предыдущей секции и торцевой поверхностью 7 сотоблока 3 следующей секции. Величина зазора σ составляет 0-0,3 высоты s гребня 1.

Радиальная высота L уплотнения определяется как радиальное расстояние между секциями уплотнения, имеющими максимальный D_max и минимальный D_min диаметры.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

В секции уплотнения при прохождении струи рабочей среды через радиальный зазор δ между гребнем 1 и сотоблоком 3 часть потенциальной энергии струи рабочей среды переходит в кинетическую энергию. В результате резкого расширения кинетическая энергия струи частично гасится в пространстве за гребнем 1. Далее в результате соударения струи с торцевой поверхностью 7 сотоблока 3 следующей секции и поворота струи происходит потеря кинетической энергии. Рабочая среда поступает в следующую секцию уплотнения через дросселирующий зазор δ между торцевой поверхностью 6 ротора 2 с гребнем 1 предыдущей секции и торцевой поверхностью 7 сотоблока 3 следующей секции, где происходит истечение струи с расширением и дополнительной потерей энергии. Струя рабочей среды истекает из радиального зазора δ последней секции одной группы с дальнейшим расширением в пространстве 8 между группами, где дважды меняет свое направление. Это создает гидравлическое сопротивление и потерю энергии рабочей среды.

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод о том, что предложенное устройство технически реализуется.

Следовательно, предлагаемое решение соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».

1. Лабиринтное уплотнение, содержащее секции, каждая из которых состоит из гребня, расположенного на ступенчатой поверхности вращающегося компонента, и ответного истираемого элемента, расположенного на ступенчатой поверхности неподвижного компонента, отличающееся тем, что секции объединены, по меньшей мере, в две группы, причем последняя секция одной группы смещена относительно первой секции другой группы в радиальном и осевом направлениях на величину не менее чем высота гребня.

2. Лабиринтное уплотнение по п.1, отличающееся тем, что внутри группы между секциями выполнен дросселирующий зазор, образованный торцевой поверхностью вращающегося компонента с гребнем предыдущей секции и торцевой поверхностью истираемого элемента следующей секции, причем величина дросселирующего зазора составляет 0-0,3 высоты гребня.

Патент уплотнение

ЛИСТЫ ЗАКАЗА

ТОРГОВАЯ ПЛОЩАДКА

ТОРЦОВЫЕ УПЛОТНЕНИЯ

НАСОСНЫЕ АГРЕГАТЫ

ПРОЕКТ НОВОГО ЗАВОДА

СЕРТИФИКАТЫ

НИЖЕГОРОДСКАЯ ИННОВАЦИОННАЯ КОМПАНИЯ

Впервые в истории российской промышленности созданы торцовые уплотнения нового класса – устройства микрозазорной техники.

Уплотнения не имеют видимых глазу проточек уплотняемой (рабочей) среды в течение длительного времени, в том числе при высокой температуре (370 ºС) и давлении (до 60 кгс/см2). Протечки 3 капли в час – они испаряются. В этих условиях надежно взаимодействуют оптически точные антифрикционные кольца пары трения (до 0,6 микрона) с деталями, выполненными с более грубыми допусками (0,1 мм). Образно говоря, “оптика соединена с механикой”.

ОТЛИЧИЯ ТОРЦОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ ООО “НИК” ОТ УПЛОТНЕНИЙ ДРУГИХ РОССИЙСКИХ ФИРМ:

1. Достигнута 100% унификация деталей торцовых уплотнений, когда одни и те же детали применяются в разных сочетаниях и образуют то одинарные уплотнения, то уплотнения двойные, либо двойные типа “тандем”, и в том числе с холодильниками (на диаметры валов 60, 70, 80, 90 мм для центробежных нефтяных насосов). Это позволяет резко сократить номенклатуру деталей, надежно отладить технологический процесс их изготовления, без отклонений заданных допусков. Патент РФ №38874.

2. Достигнута безаварийная работа уплотнений с так называемыми открытыми холодильниками. Эти холодильники в сальниковой камере насоса снижают температуру перед уплотнением с 370 ºС до 800 ºС, не позволяя обугливаться резиновым кольцам. Они открытые, поэтому легко чистятся, имеют широкие каналы для прохода охлаждающей жидкости, например, воды.

При этом достигнута полная герметичность – уплотняемая (рабочая) среда не может попасть в охлаждающую жидкость (и наоборот).

3. Достигнута длительная надежная работа двойных уплотнений типа “тандем”, которые пользуются наибольшим спросом у заказчиков, путем установки пружин вне перекачиваемой среды, эти уплотнения с “выносными пружинами”. Патент РФ № 32564. В таких уплотнениях частицы загрязненной среды не попадают в зоны действия пружин, не препятствуют работе этих пружин. Сами пружины находятся в чистом масле разделительной жидкости, циркулирующем через бачок.

4. Решена проблема ремонтопригодности торцовых уплотнений, в частности, при замене антифрикционных колец после длительной эксплуатации. Для этого, в гильзах и обоймах выполняются фрезерованные окна для выемки колец без их разрушения. Патент РФ № 49939. В уплотнениях используются улучшенные фиксаторы, служащие для монтажных операций.

5. В торцовых уплотнениях в наиболее ответственных деталях применяются материалы лучшего качества по сравнению с другими производителями. Для антифрикционных колец – это карбид кремния, карбид вольфрама – с наименьшей пористостью. Резиновые кольца разных марок используются адресно, для уплотнения конкретных сред.

6. Торцовые уплотнения имеют самую малую на сегодняшний день протечку уплотняемой среды – до 0,5 см2 в час. Это достигнуто за счет полного гидравлического уравновешивания сил, действующих на детали торцовых уплотнений. В “НИК” производятся и устанавливаются антифрикционные кольца самого малого сечения.

7. Решена проблема длительной без протечек работы уплотнений на горячих средах с температурой от 200 ºС до 450 ºС, в том числе с новым конструктивным решением – увеличенной глубиной канавки под резиновые кольца в гильзах и обоймах. Благодаря этому решению уплотнения не выходят из строя, несмотря на температурные изменения в резиновых кольцах. Патент РФ № 29756.

8. Изобретены новые многоступенчатые уплотнения, которые позволяют полностью устранить утечку в атмосферу не только самой уплотняемой среды, но и затворной жидкости, которая в любом случае должна быть совместимой с уплотняемой средой и поэтому может быть химически опасной для здоровья людей. Патент РФ № 2282085.

9. Для мультифазных насосов, в том числе иностранного производства, впервые созданы и работают двойные уплотнения, в том числе с парой трения карбид кремния – карбид вольфрама, позволяющие работать уплотнению даже в случае прохвата воздуха в течение порядка двух часов.

10. Для насосов магистральных нефтепроводов кроме одинарных уплотнений спроектированы и надежно работают двойные уплотнения типа “тандем”.

11. Для секционных насосов созданы одинарные уплотнения с большим ходом гильзы уплотнений, например, для ЦНС 300 – 10 мм, что позволяет без переделки насосов устанавливать торцовые уплотнения вместо сальниковых уплотнений. Патент РФ № 52952.

12. Увеличен срок послегарантийного обслуживания торцовых уплотнений, когда на втором году эксплуатации могут быть заменены детали уплотнений, вышедшие из строя по вине “НИК”.

Патент уплотнение

1. Главная
2. Реестр патентов

Последние новости

(21), (22) Заявка: 2007120752/06, 05.06.2007

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
05.06.2007

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2135835 C1, 27.08.1999. RU 2037665 C1, 19.06.1995. RU 2099603 C1, 20.12.1997. US 4094613 A, 13.06.1978. US 5209650 A, 11.05.1993.

Адрес для переписки:
141407, Московская обл., г. Химки, ул. Панфилова, 15, кв.92, В.Н. Кудеярову

(72) Автор(ы):
Кудеяров Владимир Николаевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):
Кудеяров Владимир Николаевич (RU)

(54) ОСЕДИАГОНАЛЬНЫЙ ШНЕКОВЫЙ НАСОС С АВТОМАТОМ РАЗГРУЗКИ РОТОРА ОТ ОСЕВОЙ СИЛЫ

Изобретение относится к насосостроению. Оседиагональный шнековый насос содержит корпус, закрепленное на валу шнековое колесо с винтовыми лопастями и полой конусообразной втулкой, примыкающее на большом диаметре к корпусу через уплотнение и образующее с ним разгрузочную камеру с перепускными каналами. Уплотнение разгрузочной камеры выполнено щелевым ступенчатым, примыкающим к корпусу через радиальный и торцовый зазоры с внешней по отношению к проточной части стороны. Упорный подшипник по наружному кольцу установлен в корпусе с торцовым зазором так, что его величина не меньше величины торцового зазора щелевого уплотнения. Это позволяет перемещаться ротору под действием осевой силы в осевом направлении и регулировать давление в разгрузочной камере, а следовательно, и осевую силу на роторе с отрицательной обратной связью. Изобретение направлено на повышение надежности и ресурса работы ходовой части оседиагональных шнековых насосов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано в высоконапорных оседиагональных шнековых насосах с повышенными производительностью и ресурсом работы.

Известно применение в центробежных насосах автоматических устройств (автоматов) для разгрузки ротора от воздействия осевой силы (см., например, Ломакин А.А. Осевые и центробежные насосы. М.-Л., Машиностроение, 1966). В качестве автомата разгрузки ротора насоса от осевой силы обычно применяется специальный разгрузочный диск с регулируемым за счет осевого перемещения ротора торцовым зазором, обеспечивающим изменение перепада давления на разгрузочном диске. Причем конструктивно гидравлический тракт на разгрузочном диске выполняется таким образом, что на стационарном режиме перепад давления и действующая за счет этого осевая сила на диске уравновешивают действующую на ротор собственную осевую силу, а при возможном отклонении от состояния равновесия происходит осевое перемещение ротора и изменение торцового зазора, вызывающее изменение перепада давления и осевой силы на разгрузочном диске в противоположном направлении до тех пор, пока не достигается состояние равновесия осевых сил на роторе насоса и разгрузочном диске при новом положении ротора.

Недостатком известного автомата разгрузки ротора от осевой силы является конструктивная сложность, приводящая к увеличению габаритов насоса и ухудшению динамических характеристик ротора (уменьшению запаса по критическим оборотам), за счет удлинения вала и дополнительной нагрузки на вал от вращающейся на нем массы разгрузочного диска. Кроме того, дополнительные утечки жидкости в гидравлическом тракте автомата разгрузки приводят к снижению КПД насоса.

Наиболее близким к изобретению является диагональный шнековый насос (патент РФ №2135835 А1, 08.07.98), содержащий корпус, включающий подвод и отвод, закрепленное на валу шнековое колесо с винтовыми лопастями и полой конусообразной втулкой, примыкающее на большом диаметре к корпусу через уплотнение и образующее с отводом разгрузочную камеру с перепускными каналами. В известном насосе уплотнение между втулкой и корпусом выполнено торцовым импеллерного типа. Подшипниковый узел насоса частично расположен внутри втулки и уплотнен по валу относительно разгрузочной камеры. Внутренняя поверхность части подвода выполнена конической, расширяющейся в направлении отвода, а наружная поверхность колеса, очерчиваемая лопастями при его вращении, выполнена конической, увеличивающейся в диаметре в направлении от входа к выходу, и расположенной напротив конической поверхности подвода.

Однако применение разгрузочной камеры с перепускными каналами в сочетании с импеллерным уплотнением обеспечивает разгрузку ротора насоса от осевой силы только вблизи окрестности номинальной точки по производительности, а при уходе от нее даже в пределах рабочего диапазона по характеристике давление в разгрузочной камере может значительно отличаться от расчетного значения, что приводит к нарушению баланса осевых сил на роторе насоса и вызывает повышенный износ подшипников и снижает ресурс работы ходовой части насоса. Кроме того, устройство во втулке перепускных каналов, обладающих достаточной эффективностью сброса утечек из разгрузочной камеры на вход в насос, имеет конструктивные ограничения по обеспечению необходимой для этого площади их проходного сечения.

Задачей изобретения является обеспечение автоматической разгрузки ротора оседиагонального шнекового насоса от осевой силы без дополнительного увеличения габаритов, снижения его экономичности и ухудшения динамических характеристик ротора (уменьшения запаса по критическим оборотам), что направлено на увеличение надежности и ресурса работы ходовой части указанных насосов.

Технический результат достигается тем, что в оседиагональном шнековом насосе, содержащем корпус, включающий подвод и отвод, закрепленное на валу шнековое колесо с винтовыми лопастями и полой конусообразной втулкой, примыкающее на большом диаметре к корпусу через уплотнение и образующее с ним разгрузочную камеру с перепускными каналами, согласно изобретению уплотнение разгрузочной камеры между втулкой и корпусом выполняется щелевым ступенчатым, примыкающим к корпусу на большом диаметре через радиальный и торцовый зазоры с внешней по отношению к проточной части стороны, а упорный подшипник по наружному кольцу устанавливается в корпусе с торцовым зазором так, что его величина больше-равна торцового зазора щелевого ступенчатого уплотнения, что позволяет перемещаться ротору под воздействием осевой силы в осевом направлении и изменять величину торцового зазора в щелевом ступенчатом уплотнении. Причем изменение торцового зазора в щелевом ступенчатом уплотнении оказывает регулирующее влияние с отрицательной обратной связью на величину давления в разгрузочной камере, а следовательно, и связанную с ним осевую силу на роторе насоса.

На чертеже изображен оседиагональный шнековый насос с автоматом разгрузки ротора от осевой силы.

Оседиагональный шнековый насос содержит рабочее шнековое колесо 1 с полой втулкой, закрепленное на валу 2, совместно образующие ротор, вращающийся в радиальном 3 и упорном 4 подшипниках, установленных в корпусе 5. Рабочее шнековое колесо 1 по втулке уплотняется относительно корпуса 5 щелевым ступенчатым уплотнением, примыкающим к корпусу на большом диаметре через радиальный и торцовый зазоры 6,7 и образует с корпусом с внешней по отношению к проточной части стороны разгрузочную камеру 8 с перепускными каналами 9, причем упорный подшипник 4 по наружному кольцу установлен в корпусе 5 с торцовым зазором 10 так, что его величина больше или равна величине торцового зазора 7 щелевого ступенчатого уплотнения.

Щелевое ступенчатое уплотнение выполнено в виде последовательно расположенных по отношению к направлению утечки жидкости из полости высокого давления на выходе шнекового колеса в полость пониженного давления в разгрузочной камере радиального и торцового зазоров. Устройство радиального зазора позволяет увеличить суммарный перепад давления на щелевом уплотнении и, тем самым, увеличить эффективность работы перепускных каналов по сбросу утечек из разгрузочной камеры на вход в насос. Кроме того, жиклирующее действие радиального зазора позволяет ограничить попадание частиц механических примесей из основного потока перекачиваемой жидкости в торцовый зазор щелевого уплотнения, чем обеспечивается надежность и долговечность его работы. Эффективность работы радиального зазора может быть увеличена за счет применения винтового типа щелевого уплотнения.

Повышение гидравлического сопротивления щелевого ступенчатого уплотнения позволяет уменьшить величину утечек через разгрузочную камеру, и следовательно, повысить КПД оседиагонального шнекового насоса.

Использование втулки шнекового колеса в качестве разгрузочного диска позволяет избежать увеличения габаритов и усложнения конструкции оседиагонального шнекового насоса, а также ухудшения динамических характеристик ротора.

Таким образом, при вращении ротора на шнековом колесе 1 (см. чертеж) возникает перепад в распределении давления между выходным и входным сечениями по наружному контуру шнекового колеса, приводящий к возникновению осевой силы на валу 2, которая воздействует на упорный подшипник 4 и передается на корпус 5 насоса (при условии неподвижного его закрепления по наружному кольцу). В случае отсутствия неподвижного закрепления упорного подшипника 4 в корпусе 5 насоса вал 2 вместе с ротором перемещается в том или ином направлении (в сторону входа или выхода) в зависимости от эпюры распределения давления по наружному контуру шнекового колеса. На наружном коническом участке контура шнекового колеса давление повышается от входа к выходу и при воздействии этого перепада на площадь кольцевого сечения между выходным D2 и входным D1 наружными диаметрами колеса возникает осевая сила А1, направленная к выходу. На цилиндрическом участке радиального выхода из шнекового колеса осевая составляющая перепада давления отсутствует. По внутреннему контуру полой втулки колеса 1 перепад давления между выходом и входом воздействует на кольцевое сечение между выходным d2 и входным d1 диаметрами втулки, в результате чего возникает осевая сила А2, направленная к входу. Так как площадь кольцевого сечения на втулке существенно превышает площадь кольцевого сечения по наружному коническому контуру колеса, а перепады давления близки по величине, обычно осевая сила А2 превышает осевую силу А1 и ротор под ее воздействием перемещается в осевом направлении в сторону входа, что приводит к уменьшению торцового зазора 7 в щелевом ступенчатом уплотнении, увеличению его гидравлического сопротивления и снижению давления в разгрузочной камере 8 и, как следствие, к уменьшению величины составляющей осевой силы А2, причем ротор перемещается в осевом направлении до тех пор, пока не наступит баланс осевых сил А1 и А2 при новом положении ротора. Осевое перемещение ротора в сторону входа ограничено величиной торцового зазора 7 в щелевом ступенчатом уплотнении, в пределах изменения которого составляющая осевой силы А2 изменяется от максимального значения до минимального (близкого к нулевому значению), поэтому в пределах этого диапазона упорный подшипник должен иметь свободу перемещения, т.е. торцовый зазор 10 по наружному кольцу.

При возникновении неразгруженной осевой силы и перемещении ротора в противоположном направлении весь процесс уравновешивания составляющих осевых сил на роторе происходит в обратном порядке: увеличение торцового зазора 7 в щелевом ступенчатом уплотнении приводит к уменьшению его гидравлического сопротивления, увеличению давления в разгрузочной камере 8 и возрастанию составляющей осевой силы А2 до значения, обеспечивающего баланс совместно с составляющей осевой силы А1 суммарного воздействия на ротор насоса.

Необходимость применения в оседиагональных шнековых насосах автомата разгрузки ротора от осевой силы вызывается, с одной стороны, дальнейшим повышением уровня параметров: напоров (давления) с Н=10-30 м до Н=100 м и производительности с Q=50-150 м 3 /час до Q=750 м 3 /час, что приводит, как показывает анализ параметров, к возрастанию уровня осевых сил с А=50-80 кг до А=1000-2000 кг, что многократно превышает предельно допустимые нагрузки для применяемых в этих насосах радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников, оптимально пригодных по скоростным характеристикам и несущей работоспособности. С другой стороны, благодаря высоким эксплуатационным характеристикам (антикавитационным и энергетическим качествам), оседиагональные шнековые насосы получают все большее распространение в промышленности, и поэтому по отношению к ним все более ужесточаются требования в части повышения надежности и ресурса работы как на номинальном режиме, так и на динамических режимах, изменяющихся в пределах рабочего диапазона напорно-расходной характеристики.

1. Оседиагональный шнековый насос, содержащий корпус, включающий подвод и отвод, закрепленное на валу шнековое колесо с винтовыми лопастями и полой конусообразной втулкой, примыкающее на большом диаметре к корпусу через уплотнение и образующее с ним разгрузочную камеру с перепускными каналами, отличающийся тем, что уплотнение разгрузочной камеры выполнено щелевым ступенчатым, примыкающим к корпусу через радиальный и торцовый зазоры с внешней, по отношению к проточной части, стороны, а упорный подшипник по наружному кольцу установлен в корпусе с торцовым зазором так, что его величина больше — равна величине торцового зазора щелевого ступенчатого уплотнения.

2. Оседиагональный шнековый насос по п.1, отличающийся тем, что радиальный зазор щелевого ступенчатого уплотнения выполнен заодно с винтовым уплотнением.

PC4A — Регистрация договора об уступке патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:
Кудеяров Владимир Николаевич

(73) Патентообладатель:
Общество с ограниченной ответственностью «Торговый дом «Корвет»

Договор № РД0048045 зарегистрирован 17.03.2009

Патент уплотнение

1. Главная
2. Реестр патентов

Последние новости

(21), (22) Заявка: 99108929/28, 27.04.1999

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
27.04.1999

(45) Опубликовано: 27.10.2002

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: SU 1684548, 15.10.1991. SU 1364784, 07.01.1988. DE 3617403, 04.12.1986. GB 1455608, 29.10.1974.

Адрес для переписки:
614600, г.Пермь, ГСП, Комсомольский пр-т, 93, ОАО «Авиадвигатель», бюро защиты интеллектуальной собственности

(71) Заявитель(и):
Открытое акционерное общество «Авиадвигатель»

(72) Автор(ы):
Иванов В.В.,
Кузнецов В.А.,
Тункин А.И.

(73) Патентообладатель(и):
Открытое акционерное общество «Авиадвигатель»

(54) ОПОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к области авиационных и промышленных установок. Опора газотурбинного двигателя содержит упругий элемент с установленным в нем наружным кольцом подшипника и жиклерным фланцем и установленным на валу контактным уплотнением. Контактное уплотнение включает упорное и графитовое кольца, а в упорном кольце выполнены отверстия для прокачки масла в полость упорного кольца, которая выполнена с конической стенкой. На кольцевом ребре упорного кольца выполнены маслоуловительные пазы с козырьками, при этом внутренняя поверхность козырька выполнена наклонной в сторону вращения кольца, а отношение посадочного диаметра упорного кольца к ширине маслоуловительного паза в окружном направлении лежит в интервале 4-7. Технический результат — повышение надежности опоры за счет снижения температуры в зоне контакта графитового кольца с упорным кольцом на всех режимах работы газотурбинного двигателя. 3 ил.

Изобретение может быть использовано в авиационных и промышленных установках.

Известна опора газотурбинного двигателя, в которой уплотнение масляной полости между статорной и роторной деталями осуществляется с помощью двух металлических разрезных колец. Масло для смазки подшипника проходит через прорези в маслоуловительном кольце и улавливается козырьком [1].

Недостатком такой конструкции является низкий расход масла, поступающего для смазки подшипника.

Известна также упругодемпферная опора газотурбинного двигателя с контактным уплотнением, в которой уплотнение масляной полости осуществляется с помощью контактного графитового кольца, работающего по металлическому упорному кольцу [2].

Такая конструкция сохраняет работоспособность при умеренных окружных скоростях и перепадах давления, однако, при дальнейшем увеличении окружных скоростей и перепадах давления на графитовом кольце, в зоне его контакта с упорным кольцом выделяется большое количество тепла, что приводит к его повышенному износу и поломке контактного уплотнения.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности опоры за счет снижения температуры в зоне контакта графитового кольца с упорным кольцом путем охлаждения внутренней поверхности упорного кольца на всех режимах работы газотурбинного двигателя.

Сущность изобретения заключается в том, что у опоры газотурбинного двигателя, содержащей упругий элемент с установленным в нем наружным кольцом подшипника и жиклерным фланцем, а также установленное на валу контактное уплотнение, включающее упорное и графитовое кольца, согласно изобретению, контактное уплотнение включает упорное и графитовые кольца, а в упорном кольце выполнены отверстия для прокачки масла в полость упорного кольца, которая выполнена с конической стенкой, а на кольцевом ребре упорного кольца выполнены маслоуловительные пазы с козырьками, при этом внутренняя поверхность козырька выполнена наклонной в сторону вращения кольца, а отношение посадочного диаметра упорного кольца D к ширине маслоуловительного паза в окружном направлении Н лежит в интервале 4-7.

Отверстия для прокачки масла, выполненные в упорном кольце, служат для отвода тепла из зоны контакта графитового кольца с упорным кольцом. Выполнение стенки кольцевой полости конической способствует свободному поступлению охлаждающего масла в отверстия для прокачки масла под действием центробежных сил.

На кольцевом ребре уплотнительного кольца выполнены маслоуловительные пазы с козырьками, что обеспечивает максимальный расход охлаждающего масла на максимальных режимах работы двигателя, и минимальный расход — на минимальных режимах, т.е. происходит авторегулирование подачи масла на охлаждение контактного уплотнения.

Увеличение отношения посадочного диаметра упорного кольца d к ширине маслоуловительного паза Н сказывается на неплоскостности поверхности, по которой работает графитовое кольцо, и увеличит износ контактного уплотнения.

При d/H>7 снизится расход масла через упорное кольцо на взлетном режиме, что приведет к повышению температуры на поверхности контакта и к износу контактного уплотнения.

На фиг. 1 показан продольный разрез опоры газотурбинного двигателя, на фиг. 2 — сечение А-А на фиг.1. Фиг. 3 представляет собой графики зависимости количества тепла Q в зоне контактного уплотнения и расход охлаждающего масла Qm от числа оборотов n ротора газотурбинного двигателя.

Опора газотурбинного двигателя 1 состоит из упругого элемента 2, в котором закреплены наружное кольцо 3 подшипника 4 и жиклерный фланец 5 с жиклером 6. На внутренней поверхности Г фланца 5 установлено графитовое кольцо 7, которое вместе с упорным кольцом 8 с диаметром d и фланцем 5 образуют контактное уплотнение 9, служащее для разделения масляной полости М и воздушной полости Л с горячим воздухом повышенного давления. Графитовое кольцо 7 контактирует при работе с упорным кольцом 8 по поверхности 10 с выделением тепла Q при трении.

Для отвода и съема тепла в упорном кольце 8 выполнены отверстия 11, через которые под давлением центробежных сил прокачивается масло. Из полости 12 через жиклер 6 масло «простреливается» через маслоуловительные пазы 13 шириной Н в полость 14 кольца 8 и далее, двигаясь вдоль конической стенки с поверхностью И под действием центробежных сил, «прокачивается» через отверстия 11.

Упорное кольцо 8, внутреннее кольцо 15 подшипника 4 и втулка закреплены на валу 17. На кольцевом ребре 18 упорного кольца 8 выполнен маслоуловительный козырек 19, внутренняя поверхность К которого выполнена наклонной в сторону вращения кольца 8. На разных режимах работы струя масла движется по разным траекториям 20 и 21, а после удара о вал 17 — по траекториям 22.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

На режиме «малого газа» струя масла из жиклера 6 движется по крутой траектории 20, так как окружная скорость вращения кольца 8 на этом режиме мала. Часть масла попадает в точку Б вала 17, отражаясь от его поверхности Д, уходит обратно в масляную полость М. Таким образом, расход масла, прокачивающегося через отверстия 11 в упорном кольце 8, на режиме «малого газа» уменьшен, что соответствует низкому тепловыделению Q на поверхности 10 кольца 8 из-за малой работы трения скольжения (график Q — n, фиг.3).

На взлетном режиме струя масла движется по более пологой траектории 21 из-за большой окружной скорости вращения упорного кольца 8. Часть масла попадает в точку В мимо ребра 18 на поверхности Д вала 17 и, отражаясь по траектории 22, выливается на внутреннюю поверхность К маслоуловительного козырька 19, откуда попадает в полость 14 и далее — в отверстия 11. Расход масла Gm через отверстия 11 упорного кольца 8 максимален, что соответствует повышенному тепловыделению Q на поверхности 10 из-за максимальной работы трения на взлетном режиме.

Когда тепловыделение в зоне контакта упорного кольца 8 с графитовым кольцом 7 максимально, расход охлаждающего масла Gm через отверстия 11 также максимален, что обеспечивает в зоне контакта постоянную и достаточно низкую температуру и, следовательно, надежную длительную работу контактного уплотнения.

Источники информации
1. Конструирование и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Под общей ред. Д.В. Хронина, Москва, Машиностроение, 1989, с. 207, рис. 4.54.

2. Авторское свидетельство 1694548, F 16 F 9/14, 1991 г.

Опора газотурбинного двигателя, содержащая упругий элемент с установленным в нем наружным кольцом подшипника и жиклерным фланцем, а также установленное на валу контактное уплотнение, отличающаяся тем, что контактное уплотнение включает упорное и графитовое кольца, а в упорном кольце выполнены отверстия для прокачки масла в полость упорного кольца, которая выполнена с конической стенкой, а на кольцевом ребре упорного кольца выполнены маслоуловительные пазы с козырьками, при этом внутренняя поверхность козырька выполнена наклонной в сторону вращения кольца, а отношение посадочного диаметра упорного кольца к ширине маслоуловительного паза в окружном направлении лежит в интервале 4-7.

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Открытое акционерное общество «Авиадвигатель»

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): ОАО «Пермский моторный завод»

Договор № РД0004722 зарегистрирован 06.12.2005

* ИЛ — исключительная лицензия НИЛ — неисключительная лицензия

QZ4A — Регистрация изменений (дополнений) лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Открытое акционерное общество «Авиадвигатель»

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Открытое акционерное общество «Пермский моторный завод»

Характер внесенных изменений (дополнений):
Из предмета договора РД0004722 исключены патенты на изобретения 2187023, 2193678, 2198311, 2199680, 2204723, 2211337, 2220285, 2225945, 2227232, 2230195. Изменены порядок оплаты и размер вознаграждения.

Дата и номер государственной регистрации договора, в который внесены изменения:
06.12.2005 № РД0004722

* ИЛ — исключительная лицензия НИЛ — неисключительная лицензия