PL177202B1

PL177202B1 - Rotodynamic pump sealing assembly

Info

Publication number: PL177202B1
Application number: PL95309860A
Authority: PL
Inventors: Waldemar Jędral; Kazimierz Jackowski
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1995-08-02
Publication date: 1999-10-29
Also published as: PL309860A1

Abstract

1. The sealing assembly of the impeller pump is designed to seal the impeller neck, with detachable body of the suction stub pipe. It is equipped with a sliding ring, consisting of an elastic layer and a rigid layer, secured in the socket between the recess in the impeller neck and the pump body. Unique characteristics: The lateral surfaces of the elastic layer of the sliding ring (4) are inserted between the supporting ring (5), and the pressing ring (6). The supporting ring (5) is an element of the pump body (1) and it is a clearance ring mounted in the recess in the impeller neck. The pressing ring is equipped with a supporting flange, which determines the socket width. The flange of the pressing ring (6) is located between the front surfaces of the body of the pump (1) and the body of the suction stub pipe (2). The rigid layer of the sliding ring (4) is made of a material characterised by higher rigidity and adheres with radial clearance to the recess in the impeller neck (3). The width of the layer is smaller than the width of the socket.

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespół uszczelniający pompy wirowej do uszczelnienia szyi wirnika.The present invention relates to a centrifugal pump sealing assembly for sealing a rotor neck.

W konstrukcji pomp występuje wiele uszczelnień wewnętrznych, których zadaniem jest ograniczenie do minimum przecieku między elementami wirującymi, takimi jak wirniki, tuleje międzystopniowe, bębny odciążające, a odpowiednimi elementami nieruchomymi, takimi jak pierścienie uszczelniające wirników, układy kierownic, elementy kadłuba tłocznego. Tradycyjne uszczelnienia to bezkontaktowe uszczelnienia szczelinowe bądź szczelinowo-labiryntowe. Ich głównymi elementami są pierścieniowe szczeliny wzdłużne, gładkie lub z naciętymi współśrodkowymi rowkami, najczęściej prostokątnymi lub prostokątnymi bądź trójkątnymi z rowkami śrubowymi. Przykładem tego typu rozwiązań jest uszczelnienie wirnika pompy według polskiego opisu patentowego nr 25199, w którym pierścień ślizgowy, osadzony w gnieździe pomiędzy wybraniem w szyi wirnika a wybraniem w osłonie od strony ssawnej pompy, złożony jest z warstwy sztywnej i warstwy elastycznej, przylegającej promieniowo do uszczelnianej powierzchni.There are many internal seals in the design of pumps to minimize leakage between rotating components such as impellers, interstages, balancing drums, and relevant stationary components such as impeller sealing rings, guide systems, and pressure hull components. Traditional seals are non-contact gap or gap-labyrinth seals. Their main elements are annular longitudinal slots, smooth or with incised concentric grooves, most often rectangular or rectangular or triangular with helical grooves. An example of this type of solutions is the pump impeller seal according to Polish Patent No. 25199, in which the slip ring, embedded in the seat between the recess in the impeller neck and the recess in the casing on the suction side of the pump, consists of a rigid layer and an elastic layer, radially adjacent to the sealed surface.

Podstawową wadą tych uszczelnień są dość znaczne przecieki, wynoszące 3 - 6% wydajności pompy (w przypadku bębnów odciążających powyżej 6%), co wpływa na zmniejszenie całkowitej sprawności pompy. Inną wadą jest zużywanie się powierzchni uszczelnień i powiększenie szerokości szczelin podczas eksploatacji pompy i towarzyszący temu spadek sprawności pompy z równoczesnym wzrostem wartości hydraulicznych sił wzdłużnych (naporów osiowych), silnie zależnych od przecieków wewnętrznych.The main disadvantage of these seals is quite significant leakage, amounting to 3 - 6% of the pump capacity (in the case of unloading drums above 6%), which reduces the overall efficiency of the pump. Another disadvantage is the wear of the sealing surfaces and the enlargement of the width of the gaps during the operation of the pump and the accompanying decrease in the efficiency of the pump with a simultaneous increase in the value of hydraulic longitudinal forces (axial stresses), strongly dependent on internal leakage.

Innego rodzaju uszczelnienia, takie jak pierścienie pływające i Simmeringi, stosowane są sporadycznie, z podobnymi rezultatami jak uszczelnienia tradycyjne.Other types of seals, such as floating rings and simmerings, are used sporadically, with similar results to traditional seals.

Znane są także uszczelnienia elastyczne bezkontaktowe, na przykład uszczelnienia Rotalion firmy James Walker, do różnego rodzaju uszczelnień wałów. Uszczelnienia te zawierają pierścień ślizgowy, złożony z warstwy elastycznej i warstwy trwałej z tworzywa o większej sztywności, odpornej na ścieranie. Pierścień ślizgowy osadzany jest warstwą trwałą na uszczelnianym wale z minimalnym luzem promieniowym, a następnie unieruchamiany w gnieździe z odpowiednim zaciskiem osiowym, wywieranym na wypukłe w pobliżu średnicy zewnętrznejFlexible non-contact seals are also known, for example the James Walker Rotalion seals for various types of shaft seals. These seals contain a slip ring composed of an elastic layer and a durable layer made of a material of greater stiffness, resistant to abrasion. The slip ring is mounted with a durable layer on the sealed shaft with minimal radial play, and then immobilized in a seat with a suitable axial clamp, exerted on the convex near the outer diameter

177 202 powierzchnie boczne warstwy elastycznej. Po unieruchomieniu pierścienia ślizgowego szerokość warstwy trwałej pozostaje mniejsza od szerokości gniazda. Uszczelnienie takie zapewnia podczas pracy wału pomijalnie mały przeciek szczeliną między warstwą trwałą a uszczelnianą powierzchnią.177 202 sides of the elastic layer. After the slip ring is in place, the width of the permanent layer remains smaller than the width of the seat. Such a seal ensures negligible leakage through the gap between the durable layer and the sealed surface during shaft operation.

Jak dotychczas, uszczelnienia te są stosowane w pompach wyłącznie do uszczelniania wałów w kadłubach pomp, zamiast tradycyjnych dławnic, lub do uszczelniania wałów w korpusach łożyskowych.Until now, these seals are used in pumps solely for sealing shafts in pump casings, instead of traditional stuffing boxes, or for sealing shafts in bearing housings.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie przecieków pomiędzy wirnikiem a korpasem pomp, zwłaszcza wirowych, a tym samym podniesienie sprawności pomp, poprzez opracowanie konstrukcji uszczelnienia, umożliwiającego wykorzystanie pierścienia ślizgowego typu Rotalion.The aim of the invention is to eliminate leaks between the impeller and the pump casing, especially vortex pumps, and thus increase the efficiency of the pumps by developing a seal structure that allows the use of a Rotalion slip ring.

Zespół uszczelniający, według wynalazku, wyposażony w pierścień ślizgowy, złożony z warstwy elastycznej i warstwy trwałej, osadzony w gnieździe pomiędzy wybraniem w szyi wirnika a wybraniem w korpusie pompy z zamocowanym rozłącznie korpusem króćca ssawnego, wyróżnia się tym, że pierścień ślizgowy osadzony jest powierzchniami bocznymi warstwy elastycznej pomiędzy pierścieniem oporowym, stanowiącym element korpusu pompy, umieszczonym bezstykowo w wybraniu w szyi wirnika, a pierścieniem dociskowym z kołnierzem oporowym, ustalającym szerokość gniazda. Kołnierz oporowy pierścienia dociskowego umieszczony jest pomiędzy czołowymi powierzchniami korpusu pompy i korpusu króćca ssawnego, zaś warstwa trwała pierścienia ślizgowego, wykonana z tworzywa o większej sztywności i przylegająca z luzem promieniowym do wybrania w szyi wirnika, ma szerokość mniejszą od szerokości gniazda. Pierścień oporowy może być przymocowany rozłącznie do korpusu pompy. Ponadto przylegające do bocznych ścianek gniazda powierzchnie elastyczne mają profil wypukły w pobliżu zewnętrznego obwodu pierścienia ślizgowego.The sealing assembly, according to the invention, equipped with a slip ring consisting of an elastic layer and a durable layer, embedded in a seat between a recess in the impeller neck and a recess in the pump body with a detachably attached body of the suction port, is distinguished by the fact that the slip ring is seated on the side surfaces a flexible layer between a thrust ring, which is part of the pump housing, and placed contactlessly in a recess in the impeller neck, and a pressure ring with a thrust collar that defines the width of the seat. The thrust collar of the pressure ring is placed between the front surfaces of the pump body and the body of the suction port, and the durable layer of the slip ring, made of a material with greater stiffness and adjacent to the radial clearance in the impeller neck, has a width smaller than the width of the seat. The support ring can be removably attached to the pump housing. Moreover, the flexible surfaces adjacent to the side walls of the seat have a convex profile near the outer circumference of the slip ring.

Konstrukcja zespołu uszczelniającego według wynalazku umożliwia łatwy montaż i demontaż pierścienia ślizgowego i jego unieruchomienie osiowe i promieniowo z odpowiednim zaciskiem osiowym. Rozwiązanie to zapewnia prawie całkowitą szczelność pomiędzy wirnikiem a korpusem. Dzięki temu uzyskano znaczne podwyższenie sprawności pompy z równoczesnym wydatnym, 3-4 krotnym, zmniejszeniem wartości naporów osiowych.The structure of the sealing unit according to the invention allows easy assembly and disassembly of the slip ring and its axial and radial fixation with the corresponding axial clamp. This solution ensures almost complete tightness between the rotor and the body. As a result, a significant increase in pump efficiency was achieved with a simultaneous significant, 3-4 times reduction in the value of axial thrusts.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, przedstawiającym zespół uszczelniający w przekroju poprzecznym.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing showing the sealing unit in cross-section.

Jak przedstawiono na rysunku, pompa na wlocie ma mocowany rozłącznie króciec ssawny 2 przykręcony od strony wirnika 3 do korpusu pompy 1 i uszczelniony uszczelką 7. W gnieździe, pomiędzy wybraniem w szyi wirnika 3 a wybraniem w korpusie pompy 1, znajduje się pierścień ślizgowy 4, złożony z warstwy elastycznej i warstwy trwałej z tworzywa o większej sztywności od strony powierzchni uszczelnianej. Pierścień ślizgowy 4 osadzony jest pomiędzy pierścieniem oporowym 4 przykręconym do korpusu pompy 1 śrubami 8 i umieszczonym bezstykowo w wybraniu w szyi wirnika 3, a pierścieniem' dociskowym 6 z kołnierzem oporowym ustalającym szerokość gniazda, przy czym kołnierz oporowy pierścienia dociskowego 6 umieszczony jest pomiędzy czołowymi powierzchniami korpusu pompy 1 i korpusu króćca ssawnego 2. Przylegające do bocznych ścianek gniazda powierzchnie elastyczne mają profil wypukły w pobliżu zewnętrznego obwodu pierścienia ślizgowego 4, zaś warstwa trwała pierścienia ślizgowego 4, przylegająca do wybrania w szyi wirnika 3, ma szerokość mniejszą od szerokości gniazda. Podczas montażu zespołu uszczelniającego, pierścień ślizgowy 4 wsuwa się lekko na szyjkę wirnika 3, aż do oparcia o ściankę pierścienia oporowego 5.As shown in the drawing, the pump inlet has a suction port 2 detachably attached, screwed on the impeller side 3 to the pump body 1 and sealed with a gasket 7. In the seat, between the recess in the impeller neck 3 and the recess in the pump body 1, there is a slip ring 4, composed of an elastic layer and a durable layer made of plastic with greater stiffness on the side of the sealed surface. The slip ring 4 is seated between the thrust ring 4 screwed to the pump body 1 by bolts 8 and placed contactlessly in a recess in the impeller neck 3, and a thrust ring 6 with a seat-width retaining collar, the thrust collar of the pressure ring 6 being positioned between the face surfaces the pump casing 1 and the suction port body 2. The flexible surfaces adjacent to the side walls of the seat have a convex profile near the outer periphery of the slip ring 4, and the wear ring 4 adjacent to the recess in the impeller neck 3 has a width smaller than the width of the seat. When assembling the sealing unit, the wear ring 4 slides slightly over the neck of the rotor 3 until it rests against the wall of the support ring 5.

Następnie wsuwa się pierścień dociskowy 6, który wraz z pierścieniem oporowym 5 i korpusem pompy 1 tworzy gniazdo o wymiarach odpowiednich do wymiarów pierścienia ślizgowego 4. Po przykręceniu śrubami korpusu króćca ssawnego 2 do korpusu pompy 1 uzyskuje się unieruchomienie osiowe i promieniowe pierścienia ślizgowego 4 z odpowiednim zaciskiem osiowym.Then the pressure ring 6 is inserted, which together with the support ring 5 and the pump body 1 forms a seat with dimensions corresponding to the dimensions of the slip ring 4. After screwing the suction port 2 body to the pump body 1, axial and radial fixation of the slip ring 4 with the appropriate axial clamp.

Pierścień ślizgowy 4 zapewnia istnienie przecieku AQ, pomijalnie małego w stosunku do wydajności Q pompy. Wskutek tego sprawność objętościowa pompyThe slip ring 4 ensures that the leakage AQ exists, which is negligible in relation to the pump capacity Q. Consequently, the volumetric efficiency of the pump

177 202 * Q + AQ przyjmuje wartość praktycznie równą jedności. Całkowita sprawność pompy z takim uszczelnieniem jest o 1,5 - 4,5 punktu procentowego wyższa od sprawności pompy z typowym uszczelnieniem szczelinowym. Uszczelnienie według wynalazku może być stosowane w przypadku cieczy czystych, o wymiarach zanieczyszczeń nie przekraczających 40 μm. Dla cieczy nie spełniających tego warunku należy zamontować dwa uszczelnienia z doprowadzeniem czystej filtrowanej cieczy spłukującej, o ciśnieniu przewyższającym ciśnienie cieczy roboczej.177 202 * Q + AQ takes the value practically equal to one. The overall efficiency of a pump with this seal is 1.5 - 4.5 percentage points higher than that of a pump with a conventional gap seal. The seal according to the invention may be used in the case of pure liquids, with impurities not exceeding 40 μm. For liquids that do not meet this condition, install two seals with a clean filtered flushing liquid with a pressure exceeding the pressure of the working liquid.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 70 copies

Cena 2,00 zł.Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1.Sealing assembly of a centrifugal pump for sealing the impeller neck, with a detachably attached body of the suction port, equipped with a slip ring, composed of an elastic layer and a durable layer, seated in a seat between a recess in the impeller neck and the pump body, characterized in that the slip ring ( 4) is seated on the side surfaces of the elastic layer between the thrust ring (5), which is an element of the pump body (1), placed contactlessly in the recess in the impeller neck (3), and the pressure ring (6) with a collar that defines the width of the seat, and the collar the thrust ring (6) is placed between the front surfaces of the pump body (1) and the suction port body (2), and the durable layer of the slip ring (4), made of a material with greater stiffness and adhering with a radial clearance to the recess in the impeller neck ( 3) has a width smaller than that of the slot.

A sealing arrangement according to claim 1, Device according to claim 1, characterized in that the support ring (5) is detachably attached to the pump housing (1).

3. A sealing assembly according to claim 1, A device as claimed in claim 1, characterized in that the flexible surfaces adjoining the side walls of the seat have a convex profile near the outer circumference of the slip ring (4).