Файл: Васильцов Э.А. Бесконтактные уплотнения.pdf

чине несколько превышающее давление р в камере высокого дав­ ления А . Переток жидкости в этом случае из указанной камеры по торцовому зазору 8Т между торцовыми поверхностями вращаю­ щихся лопаток лопастного уплотнения 6 и торцовой поверхностью статора 17 в камеру низкого давления Б невозможен, поэтому работа торцового уплотнения в этот период нецелесообразна. Это, помимо всего прочего, приводит и к тому, что торцовые поверх­ ности контактного уплотнения оказываются без смазки. Во время работы установки на регулирующие шарики 4 действуют центро­ бежные силы, отжимающие их к периферии. При достижении валом определенных чисел оборотов центробежные силы, действу­ ющие на регулирующие шарики, достигают такой величины, что они уже способны переместить их к периферии по наклонным па­ зам 15 подвижного корпуса уплотнения 8, на величину I от ци­ линдрической поверхности втулки 3. В результате этого втулка 3, сжимая пружину 13, перемещается слева направо на расстояние t, что и приводит к размыканию контактных поверхностей торцо­ вого уплотнения.

Другой тип уплотнения, использующего для своей работы дав­ ление, развиваемое рабочим колесом насоса, представлен на рис. 86. Оно выполнено в соответствии с авторским свидетель­ ством № 247787 и предназначено для уплотнения валов переме­ шивающих устройств реакционных аппаратов и других хими­ ческих установок. В рассматриваемой конструкции - с целью снижения износа контактирующих поверхностей колец 8 и 9 тор­ цового уплотнения предусматривается автоматическое их разделе­ ние. С этой целью торцовое уплотнение снабжено плавающим

состоит из статора и ротора, установленного на валу /. Полость ротора заполнена чистой перемешиваемой жидкостью. Для предо­ хранения элементов статора от контакта с этой жидкостью в кон­ струкции применена экранирующая гильза 4, отделяющая ста­ торную полость от роторной. Лабиринтный насос 12 осуществляет циркуляцию чистйй жидкости по автономному контуру, чем обес­ печивается осевая и радиальная устойчивость ротора электро­ привода, а также отвод тепла от нагретых элементов системы.

Комбинированное уплотнение, отделяющее рабочее простран­ ство реактора (полость А) от рабочего пространства автономного контура, состоит из торцового уплотнения и лабиринтно-вихре­ вого уплотнения 11. Торцовое уплотнение имеет плавающий пор­ шень 10, на котором установлено неподвижное уплотнительное кольцо 9. Вращающееся уплотнительное кольцо торцового уплот­ нения 8 помещено на специальной втулке, закрепленной на валу /. Поршень 10 и гибкий элемент — сильфон 6 образуют рабочую камеру торцового уплотнения. Верхний торец сильфона 6 при-

варен или припаян к плавающему поршню 10, а нижний — к на­ ружной части электропривода. Рабочая камера Б торцового уплот­ нения соединена каналом 5 и трубопроводом 2 с зоной нагнетания лабиринтного насоса 12. При включении привода лабиринтный насос 12 создает давление в камере В и отжимает плавающий пор­ шень 10 вниз до упора. Ротор электропривода под действием

довательно, в процессе работы агрегата отсутствует износ этих поверхностей, а значит увеличивается срок службы всей уста­ новки в целом.

148

При выключении привода вал двигателя останавливается; дав­ ление в рабочей системе падает и ротор опускается на диск 13. Ввиду того, что рабочие зазоры /гх и /г3 выбираются из расчета h r > /г2, то в этом случае осуществляется плотный контакт тор­ цовых поверхностей уплотнительных колец 8 и 9, чем и обеспе­ чивается надежное разъединение реакционной зоны А аппарата от рабочей зоны автономного контура. Наличие в системе комби­ нированного уплотнения бесконтактного лабиринтно-вихревого уплотнения 11, выполненного на плавающем поршне 10, обеспечи­ вает определенное сопротивление перетоку жидкости из полости электропривода в реакционную зону А . Этим достигается наличие перепада давления, отжимающего плавающий поршень 10 вниз до упора, и обеспечивается минимум утечек среды из полости элек­ тропривода в реакционное пространство А .

3 0 . К о м б и н и р о в а н н ы е м а н ж е т н о - в и н т о в ы е

у п л о т н е н и я

Одной из наиболее интересных попыток создания комбиниро­ ванных уплотнений, использующих достоинства как контактных, так и бесконтактных уплотнений, является создание и внедрение

\149

Перенос винтовой нарезки (угол наклона нарезки — а) с вращаю­ щегося вала на неподвижную поверхность манжеты исключил проблемы, связанные'с вопросами выполнения оптимальной формы и профиля нарезки и, помимо всего прочего, позволяет сохранить малые радиальные зазоры между вращающимися и неподвижными элементами манжетно-винтового уплотнения. Естественно, такое решение, в силу особенностей работы бесконтактных винтовых уплотнений рассмотренных выше, приводит к увеличению эффек­ тивности манжетно-винтового уплотнения на 15—20%. Как пока­ зали специальные исследования, проведенные в СШ А рядом фирм, уплотнения типа «дайнасил» исключительно хорошо работают

в динамических условиях [10, 16]. Однако уплотнительная спо­ собность такой конструкции манжетно-винтового уплотнения в ста­ тическом положении (п = 0) весьма мала, так как в этом случае зона контакта цилиндрического участка манжеты с цилиндриче­ ской поверхностью вала имеет вырезы, соответствующие профилю нарезки винтовой линии в радиальном сечении. Эксперименталь­ ными исследованиями ряда фирм.было найдено, что для ликвида­ ции этого дефекта необходимо обеспечить непосредственный кон­ такт всего числа выступов винтовой нарезки с цилиндрической по­ верхностью вращающегося вала на протяжении не менее чем 600°.

Для улучшения конструкции манжетно-винтового уплотнения предлагается, например, на одной из конических поверхностей неподвижной манжеты выполнять многозаходную винтовую на­ резку с углом наклона а, состоящую из множества параллельных геликоидальных участков. При этом, по крайней мере, только две из указанных нарезок касаются кольцевого цилиндриче­ ского участка 1, не прорезая его (рис. 89). Манжетно-винтовое

150

уплотнение выполняется таким образом, чтобы любое радиальное сечение пересекало не менее трех вершин винтовой линии. Таким образом, налицо стремление сохранить в целости в конструкции манжетно-винтового уплотнения кольцевой цилиндрический уча­ сток 1 неподвижной манжеты 2, являющейся основным уплотни­ тельным элементом манжетного контактного уплотнения и пере­ нести всю тяжесть работы по увеличению сопротивления пере­

Размеры уплотнительных элементов в этом уплотнении вы­ браны таким образом, чтобы в процессе работы через сплошную цилиндрическую кромку 1 манжеты 2 протекало лишь незначи­ тельное количество жидкости, необходимой для отвода тепла от губок неподвижной манжеты и для смазки ее поверхностей. Во время остановки вращающегося вала кольцевая цилиндрическая кромка в результате эластичности материала и жесткости кольце­ вой пружины 3 обжимает вал и обеспечивает высокую степень уплотнения.

В настоящее время еще не накоплен достаточный материал по долговечности, надежности и эффективности манжетно-винтовых уплотнений. Однако проведенный анализ наиболее распростра­ ненных за рубежом типов уплотнений показывает, что в ряде областей техники, особенно для уплотнений подшипников качения, манжетно-винтовые уплотнения с успехом могут быть использо­ ваны, в результате чего резко может .быть увеличена долговеч­ ность работы подшипникового узла машин и. аппаратов.

Представленные в настоящей работе конструкции манжетно­ винтовых уплотнений являются лишь первой попыткой конструк­ тивного объединения манжетных и винтовых уплотнений.. Однако эта попытка, хотя и основана на использовании ряда неправиль­ ных положений (применение неоптимальных форм, типов и эле­ ментов нарезки), дала такие положительные результаты, которые обеспечили широкое внедрение манжетно-винтовых уплотнений в машины и аппараты ведущих зарубежных фирм.

Для увеличения срока службы таких уплотнений особое вни­ мание следует уделять двум факторам: качеству обработки по­ верхности вала и материалу поверхности вала в зоне действия уплотнения.

На основании данных, приведенных в работе [36], можно сде­ лать заключение о том, что любые отклонения вала'от круглой цилиндрической формы и наличие неровностей на его поверх­ ности требуют повышенной, по сравнению с оптимальной, сил прижатия уплотнения к валу.

151