CS242682B1

CS242682B1 - Shaft seal of a rotating machine, especially a turbocomponent

Info

Publication number: CS242682B1
Application number: CS849699A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Skaloud; Petr Barton; Pavel Sidlo; Miroslav Futera; Vladimir Rihak
Original assignee: Vladimir Skaloud; Petr Barton; Pavel Sidlo; Miroslav Futera; Vladimir Rihak
Priority date: 1984-12-12
Filing date: 1984-12-12
Publication date: 1986-05-15
Also published as: CS969984A1

Abstract

Vynález řeší problém konstrukce dokonalejší hřídelové provozní ucpávky točivých strojů, zejména pak turbckompresorů, u kterých není přípustný únik komprimovaného media, ale ani vnikání atmosferického vzduchu do stroje. Podstatou řešení je kombinace použití třecí ucpávky s grafitovým kroužkem a olejové ucpávky e plovoucím kroužkem a sice v takovém konstrukčním uspořádání, při kterém dochází k prokazatelnému zkrácení délky ucpávky a usnadnění montáže. Grafitový kroužek je uchycen na vnitřním čele rotorového opěrného kroužku uloženého rozebíratelně na osazení hřídele stroje. Za pomoci přítlačných pružin zapuštěných ve vnitřním nosiči je na grafitový kroužek přitlačovén statorový třecí kroužek. Ten svou prstencovou částí zasahuje mezi vnitřní a vnější nosič, s výhodou do radiálního vybraní vnějšího nosiče. Plovoucí kroužek je uložen mezi vnějším nosičem, vnější válcovou plochou rotorového opěrného kroužku a dosedacím mezikružím závěrného kroužku. Vnitřní nosič s pružinami a třecím kroužkem pomocí montážních šroubů tvoří jeden montážní celek.The invention solves the problem of the construction of a more perfect shaft operating seal of rotating machines, especially turbocompressors, where the leakage of the compressed medium is not allowed, nor is the ingress of atmospheric air into the machine. The essence of the solution is the combination of the use of a friction seal with a graphite ring and an oil seal with a floating ring, namely in such a structural arrangement that there is a demonstrable reduction in the length of the seal and ease of assembly. The graphite ring is attached to the inner face of the rotor support ring, which can be disassembled on the machine shaft. With the help of pressure springs embedded in the inner carrier, the stator friction ring is pressed onto the graphite ring. With its ring part, it extends between the inner and outer carrier, preferably into the radial recess of the outer carrier. The floating ring is placed between the outer carrier, the outer cylindrical surface of the rotor support ring and the seating ring of the closing ring. The inner carrier with springs and friction ring using mounting screws forms one assembly unit.

Description

Vynalez se týká ucpávky hřídele točivého stroje, zejména turbokompresoru, u něhož je nepřípustný jak únik komprimované vzdušiny, tak i vnikání atmosférického vzduchu do kompresoru.The invention relates to a shaft seal of a rotating machine, in particular a turbocompressor, in which both the leakage of compressed air and the ingress of atmospheric air into the compressor are unacceptable.

Hřídelové ucpávky jsou jedním z velmi důležitých a konstrukčně velmi náročných elementů turbokompresoru. Vzhledem k poměrně vysoké obvodové rychlosti rotoru v místě ucpávky (cca 20 az 100 m/s) není možno aplikovat ucpávky používané u pístových kompresorů nebo u čerpadel.Shaft seals are one of the very important and structurally demanding elements of the turbocharger. Due to the relatively high peripheral speed of the rotor at the seal point (approx. 20 to 100 m / s), the seals used in reciprocating compressors or pumps cannot be applied.

Nejjednodušší situace je v tom případě, nevadí-li, když část komprimovaná vzdušiny uniká do strojovny, nebo když je určité množství vzduchu z vnější atmosféry přisáváno do komprimované vzdušiny, jak je tomu například při kompresi vzduchu. Potom 8tací použít běžné lybyrintové ucpávky, které množství pronikající vzdušiny pouze omezí pa přípustné minimum. Naopak nejslozitějsí situace vzniká v těch případech, kde není možno připustit ani únik komprimované vzdušiny ani přisávání atmosférického vzduchu, jak je tomu například u chladivových turbokompresorb, které pracují v uzavřeném okruhu nebo u turbokompreeorb, které stlačují plyny škodlivé lidskému organizmu nebo plyny, které ve směsi se vzducem jsou hořlavé ci explozivní. V takových případech je nutno, aby vnitřní prostory stroje byly od vnějších za provozu spolehlivě odděleny.The simplest situation is if it does not matter if a part of the compressed air mass escapes into the engine room, or when a certain amount of air from the outside atmosphere is sucked into the compressed air mass, as is the case, for example, with air compression. Then use conventional lybyrinth seals, which only limit the amount of air pumped into the air and allow the minimum. On the contrary, the most complicated situation arises in cases where neither the escape of compressed air nor the intake of atmospheric air can be admitted, such as refrigerant turbo-compressors operating in a closed circuit or turbo-compromes compressing gases harmful to the human organism or gases in a mixture they are flammable or explosive. In such cases, it is necessary to reliably separate the inside of the machine from the outside of the machine during operation.

Nejcastějsím způsobem utěsněni hřídele turbokompresoru v místě jeho vývodu ze skříně statoru jsou olejové ucpávky. Pomocí oleje, jehož tlak je vyssí nežli tlak komprimované vzdušiny, je oddělována vnitřní část stroje od vnější atmosféry, přičemž množství protékajícího oleje se omezuje různými způsoby, jako je sníženi vůlí mezi rotorem a statorem na minimum, použiti různých typů třecích kroužků ci plovoucích kroužků a pod.The most common way to seal the turbocharger shaft at its outlet from the stator housing is oil seals. With oil whose pressure is higher than the compressed air pressure, the interior of the machine is separated from the external atmosphere, the amount of oil flowing through being reduced in various ways, such as minimizing rotor and stator clearance, using different types of friction rings or floating rings; under.

Hlavní nevýhoda všech mechanizmů sloužících k omezení množství oleje, které proniká ucpávkou spočívá v tom, že zvětšuje rozměry ucpávky v axiálním směru a že se ucpávka stává velmi komplikovaným uzlem, složitým jako po stránce vý** robní a montážní, tak i po stránce provozní.The main disadvantage of all the mechanisms used to limit the amount of oil that penetrates the seal is that it increases the dimensions of the seal in the axial direction and that the seal becomes a very complicated node, complex both in manufacturing and assembly and in operational terms.

242 682242 682

S výhodou je možno použít provedení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, ze na grafitový kroužek, který je uchycen na vnitrním cele rotorového opěrného kroužku, uloženého rozebíratelně na osazení hřídele stroje, je pomocí přítlačných pružin zapuštěných v zafrázovánI vnitrního nosíce přitlačován svým čelem statorový třecí kroužek. Ten svou prstencovou částí kolmou k ose stroje zasahuje mezi vnitřní nosíc a vnější nosíc, která jsou rozebíratelně uložené na válcových centráznfch plochách tělesa ucpávky. Mezi vnějším nosičem, vnější válcovou plochou rotorového opěrného kroužku a dosedacím mezikruzím závěrného kroužku tvořícího konec ucpávky, je s vůlí uložen plovoucí kroužek.An embodiment according to the invention is advantageous in that the graphite ring, which is mounted on the inner cell of the rotor support ring, which is detachably mounted on the shaft of the machine, is pressed by its stator face by means of pressure springs embedded in the inner wear frame. friction ring. With its annular portion perpendicular to the machine axis, it extends between the inner carrier and the outer carrier, which are detachably mounted on the cylindrical centering faces of the seal body. A floating ring is mounted with clearance between the outer support, the outer cylindrical surface of the rotor thrust ring and the annular abutment of the stop ring forming the end of the seal.

Vnější nosič má s výhodou radiální válcové vybrání pro prstencovou část statorového třecího kroužku a na vnější válcové plose v místě odvodu tlakového oleje má příčnou drážku. V prstencové části je z montážních důvodů výhodné vytvoření axiálních otvorů pro montážní šrouby, které jsou při montáži uloženy v závitem opatřených otvorech vytvořených souose s axiálními otvory ve vnitřním nosiči, na jehož válcové plochy vrtání dosedá utěsněné, ale suvně axiální válcová část třecího kroužku.Preferably, the outer support has a radial cylindrical recess for the annular portion of the stator friction ring and has a transverse groove on the outer cylindrical surface at the point where the pressure oil is removed. In the annular part, it is advantageous to provide axial holes for the mounting screws for mounting purposes, which are mounted in the threaded holes coaxial with the axial holes in the inner carrier, on whose cylindrical bore faces the sealed but sliding cylindrical friction ring.

Keěení hřídelově ucpávky podle vynálezu má výhodu především v její menší stavební délce při plně vyhovující účinnosti. Vzhledem k tomu, že turbokompresory jsou vybaveny ucpávkami po obou stranách je to důležitě, zvláště u mnohostupnových vysokootáčkových turbokompresor ti, kde ložisková vzdálenost je s oftledem na úroveň kritických otáček v některých případech rozhodujícím faktorem při návrhu stroje a určujícím faktorem pro dynamická vlastnosti stroje. Provedení ucpávky déle umožňuje snadnou a rychlou montáž a demontáž, coz ma značný vliv n$ ekonomičnost výroby a údržby. Tu příznivě ovlivňuje i relativní jednoduchost konstrukce ucpávky i její výroba. Poněkud větší únik těsnícího oleje do vnějších prostorů turbokompresoru vlivem použití plovoucího kroužku není na závadu, protože odpad oleje vyúeřuje do prostoru olejem zahlcovaných ložisek. Další výhodou řešení je i okolnost, ze ho lze použít jako konstrukční prvek v rámci kombinovaných ucpávkových systémh turbokompresorů, případně i jiných točivých strojů.The shaft seal according to the invention has the advantage, in particular, of its smaller construction length at fully satisfactory efficiency. Since turbocompressors are equipped with seals on both sides, this is important, especially for multi-stage high-speed turbocompressors, where the bearing distance is, in some cases, a critical factor in machine design and a determining factor for the machine's dynamic characteristics. Designing the seal for a longer time allows easy and quick assembly and disassembly, which has a considerable impact on the economy of production and maintenance. This is favorably influenced by the relative simplicity of the seal design and its manufacture. Slightly greater leakage of sealing oil into the outer space of the turbocharger due to the use of the floating ring is not a problem, as the oil waste will enter the space of oil-flooded bearings. Another advantage of the solution is the fact that it can be used as a structural element within the combined packing systems of turbochargers or other rotating machines.

Na zkrácení stavební délky hřídelové ucpávky má zásadní vliv několik výhodných konstrukčních prvků. Vnitřní a vnější centrážní plochy vnitřního a vnějšího nosíce ucpávky nelze s ohledem na zachování potřebné přesnosti zkrátit pod určitou přípustnou hranici. Potřebného zkrácení se tedy dosahuje kromě zapuštění přítlačných pružin do vnitřního nosíce jednak tim, Že oba nosíce jsou uspořádány těsně vedle eebe a jednak tím,· že na vnějším nosiči je vytvořeno válcové vybrání pro umístění prstencové části třecího kroužku. Stavební délku pomáhá významně snížit i to, že plovoucí kroužek je svou vnitřní činnou plochou usazen přímo na válcové plose rotorového opěrného kroužku.Several advantageous structural elements have a fundamental influence on the shortening of the construction length of the shaft seal. In order to maintain the required accuracy, the inner and outer centering surfaces of the inner and outer wear of the seals cannot be shortened below a certain allowable limit. The required shortening is thus achieved in addition to the insertion of the compression springs into the inner wearer, on the one hand, in that both wearers are arranged adjacent to each other and, on the other hand, by providing a cylindrical recess on the outer support to accommodate the annular friction ring. The fact that the floating ring is seated directly on the cylindrical surface of the rotor thrust ring also helps to significantly reduce the construction length.

242 682242 682

Pro snadnou montáž a demontáž hřídelové ucpávky je rozhodující použití snímatelneho rotorového opěrného kroužku a možnost montáže vnitřního nosiče s pružinami a třecím kroužkem jakožto montážního celku.For easy assembly and disassembly of the shaft seal, the use of a removable rotor thrust ring and the possibility of mounting the internal carrier with springs and friction ring as an assembly are crucial.

Provedení podle vynalezu je znázorněno na obr. 1 a 2. Na obr. 1 je celkový příčný řez ucpávkou, na obr. 2 pak detail uchycení vnitrního nosiče a třecího kroužku v jeden montážní celek.The embodiment of the invention is shown in FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is an overall cross-section of the gland, and FIG. 2 shows a detail of the mounting of the inner carrier and the friction ring in one assembly.

V příkladu provedení je hřídelovou ucpávkou oddělován vnitřní prostor 1 turbokompresoru, ve kterém se nachází 'komprimovaná vzduěina od vnějšího prostoru.^, který je volné propojen s atmosférou. Rotorovou část tvoří hřídel 3. na kterém je na nenaznačený závit nasazen rotorový opěrný kroužek 4. který na svém vnitřním cele nese grafitový kroužek5.In an exemplary embodiment, the inner space 1 of the turbocharger, in which the compressed air is located, is separated from the outer space 1 by a shaft seal, which is loosely connected to the atmosphere. The rotor part is formed by a shaft 3 on which a rotor thrust ring 4 is mounted on an unmarked thread and which carries a graphite ring 5 on its inner cell.

Statorovou část tvoří především teleso 6 ucpávky, ve kterém je na vnitřní válcové centrážní*plose 7 rozebíratelné uchycen vnitřní nosíc 8 a na vnější válcové centrážní plose 9 ie rozebíratelné uchycen vnéjsí nosíc 10. Těsnění mezi télesem 6 ucpávky a oběma nosiči 8. 10 ie provedeno pomocí 0-kroužkfc 11 umístěných v drážkách 12 na obou nosících 8 a 10, činnou částí ucpávky na vnitřní straně je statorový třecí kroužek 14. který svým čelem 15 doléhá na grafitový kroužek 5. Statorový třecí kroužek 14 se skládá jednak z axiální válcové části 16 a jednak z prstencové části 17. Válcová část 16 třecího kroužku 14 ie suvně uložena ve vrtání 18 vnitřního nosíce 8. kde je utěsnění provedeno pomocí dalšího O-kroužkn 19 uloženého v drážce 20. Třecí kroužek 14 ie ke grafitovému kroužku 5 přitlacován přítlačnými pružinami 21, které se na jedné straně opíráji o prstencovou cast 17 třecího kroužku 14 a na druhé straně jsou zapuštěny v zafrézování 22 provedenému ve vnitřním nosiči 8.The stator part is mainly formed by a packing body 6 in which an inner carrier 8 is detachably mounted on the inner cylindrical centering plate 7 and an outer carrier 10 is detachably mounted on the outer cylindrical centering plate 9, and the outer carrier 10 is detachably mounted. by means of the O-ring 11 located in the grooves 12 on both the carriers 8 and 10, the active part of the seal on the inside is a stator friction ring 14 which faces 15 on the graphite ring 5. The stator friction ring 14 consists of an axial cylindrical part 16 and on the other hand from the annular portion 17. The cylindrical portion 16 of the friction ring 14 is slidably received in the bore 18 of the inner wearer 8 where the sealing is performed by means of another O-ring 19 housed in the groove 20. , which on the one hand is based on an annular time 17 of the friction ring 14 and, on the other hand, are embedded in the milling 22 provided in the inner carrier 8.

Plovoucí kroužek 23. instalovaný pro omezeni prfctoku tlakového oleje na vnější stranu 2. je svou vnitřní činnou plochou 24 usazen přímo na vnější válcové plose rotorového opěrného kroužku 4. Celní činná plocha 25 plovoucího kroužku 23 se opírá o mezikruží 26 na závěrném kroužku 27. Závěrný kroužek 27 je centricky uložen na vnějším nosiči 10. Vnější nosič 10 ie zabudován těsně k vnitřnímu nosiči 8 tak, že mezi nimi zfcstává jen nepatrná mezera 28. Prstencová část 17 třecího kroužku 14 je umístěna ve válcovém vybrání 29. provedeném na vnějším nosiči 10. V tělese 6 ucpávky jsou vyvrtány otvory 30 a 31 pro odvod tlakového oleje vyústující do příčné drážky 32. upravené na válcové plose vnějšího nosíce 10. V osovém směru je vnější nosič 10 v tělese ucpávky 6 fixován kroužkem 33.The floating ring 23 installed to limit the flow of pressurized oil to the outside 2, with its inner active surface 24, is seated directly on the outer cylindrical surface of the rotor thrust ring 4. The front active surface 25 of the floating ring 23 rests against the ring 26 on the closing ring 27. the ring 27 is centered on the outer carrier 10. The outer carrier 10 is mounted closely to the inner carrier 8 so that only a slight gap 28 remains therebetween. The annular portion 17 of the friction ring 14 is located in the cylindrical recess 29 provided on the outer carrier 10. In the seal body 6, holes 30 and 31 for drilling oil pressure are drilled into a transverse groove 32 provided on the cylindrical surface of the outer wearer 10. In the axial direction, the outer carrier 10 is fixed in the seal body 6 by a ring 33.

242 882242 882

Třecí kroužek 14 dle obr. 2 je k vnitřnímu nosiči 8 uchycen pomocí montáž? nich šroubů 34 zasouvatelnvch do axiálních otvorů 35 v prstencové části 17 třečího kroužku 14 a zašroubovaných do závitem opatřených otvorů 36 ve vnitřním nosiči _8_. Montážní sruubv 34 se uvolni a odeberou teprve po usazení rotorového opěrného kroužku 4.The friction ring 14 of FIG. 2 is attached to the inner carrier 8 by means of an assembly. These screws 34 are inserted into the axial holes 35 in the annular portion 17 of the friction ring 14 and screwed into the threaded holes 36 in the inner carrier 8. The mounting sleeve 34 is only released and removed after the rotor thrust ring 4 has been seated.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A shaft seal of a rotating machine, in particular a turbocompressor, in which both compressed air leakage and atmospheric air entering the machine are inadmissible, comprising a stuffing box housing, pressurized oil congestion seal components and graphite ring friction seal components characterized in that the graphite ring (5), which is mounted on the inner cell of the rotor thrust ring (4) mounted detachably on the machine shaft (3), is pressed by its face (8) by means of pressure springs (21) recessed in the frame (22) of the inner wearer (8) (15) a stator friction ring (14) which, with its annular portion (17) perpendicular to the machine axis (o), extends between the inner support (8) and the outer support (10), which are detachably mounted on cylindrical centering surfaces (7, 9) the gland housing (6), wherein between the outer carrier (10), the outer cylindrical surface of the rotor support With the ring (4) and the annular ring (26) of the closure ring (27) forming the outer end of the seal, a floating ring (23) is mounted with will.

Rotary shaft seal according to claim 1, characterized in that the outer support (10) has radial cylindrical recesses (29) for the annular portion (17) of the stator ring (14) on the inner part facing the inner support (8). a transverse groove (32) on the outer cylindrical surface at the pressure oil outlet.

Rotary shaft seal according to Claims 1 and 2, characterized in that axial holes (35) are provided for the mounting screws (34) which are coaxial with the threaded provided holes (36) in the annular portion (17 of the friction ring (14)). In the inner carrier (8), the cylindrical surfaces of the bore (18) bear more tightly but slidably axially cylindrical part (16) of the friction ring (14).