PL224773B3 - Mechaniczne uszczelnienie czołowe - Google Patents

Abstract

Mechaniczne uszczelnienie czołowe, charakteryzuje się tym, że z pierścieniową komorą (6) połączony jest układ hydrauliczny (16) sprzężony z układem pomiarowo-sterującym (17) tworzącym zewnętrzny, regulowany, układ stabilizacji warunków pracy pierścieni uszczelniających (1, 2). Przesuwny uszczelniający pierścień (2) od strony komory (6) posiada obwodowe wybrania (2a), a czujniki temperatury (10) zainstalowane są w otworach (11) przesuwnego pierścienia (2) wykonanych od strony komory (6), które posiadają różną głębokość.

Description

Przedmiotem wynalazku jest mechaniczne uszczelnienie czołowe znajdujące zastosowanie do uszczelniania wałów maszyn wirnikowych.

W mechanicznych uszczelnieniach czołowych pierścienie uszczelniające dociśnięte do siebie powierzchniami czołowymi, współpracują w warunkach tarcia suchego lub półpłynnego (mieszanego), którym towarzyszy wydzielanie ciepła. Warunkiem poprawnej pracy mechanicznych uszczelnień czołowych jest zachowanie równowagi termodynamicznej dla danego zestawu materiałowego pierścieni uszczelniających.

Znane są standardowe układy zabudowy mechanicznych uszczelnień czołowych podane przez Amerykański Instytut Nafty (API Standard 682 (610) w Dodatku D i E), przyjęte przez inne normy, np. DIN ISO 5199, VDMA 24297, według których ciepło tarcia wydzielane w strefie styku pierścieni uszczelniających jest odprowadzane przez ich walcowe powierzchnie zewnętrzne lub wewnętrzne, do cieczy w układzie chłodzącym lub cyrkulacyjnym.

W celu zwiększenia intensywności odprowadzenia ciepła ze strefy styku pierścieni uszczelniających, stosuje się dodatkowo odpowiednią modyfikację ich geometrii.

Z opisu patentowego US 5658127 znane jest mechaniczne uszczelnienie czołowe, w którym pierścienie uszczelniające posiadają odpowiednio wykonane podtoczenia oraz przelotowe otwory wzdłużne ułatwiające przepływ medium w zastosowanym układzie cyrkulacyjnym łączącym króciec wylotowy pompy z dławnicą.

Układy cyrkulacyjne medium procesowego lub zewnętrzne układy chłodząco-przepłukujące zostały wykorzystane w znanych rozwiązaniach konstrukcyjnych mechanicznych uszczelnień czołowych według patentów PL 183863, PL 180912, PL 174399.

Istotną wadą przedstawionych układów chłodzących lub przepłukujących uszczelnienie czołowe jest przenikanie oraz mieszanie się cieczy chłodzącej z procesowym medium uszczelnianym, co jest zjawiskiem niepożądanym. Ponadto, odprowadzanie ciepła przez zewnętrzne lub wewnętrzne powierzchnie pierścieni uszczelniających powoduje nierównomierne ich odkształcenia cieplne. Efektem tych odkształceń jest powstawanie stożkowatości na powierzchniach czołowych i odpowiednio zbieżnych lub rozbieżnych szczelin między współpracującymi pierścieniami oraz powoduje wzrost przecieku.

Z opisu patentowego PL 211380 znane jest aktywne uszczelnienie czołowe zawierające dociskane uszczelniane pierścienie, w którym z osiowo przesuwnym pierścieniem uszczelniającym połączone są dwa mieszki sprężyste zewnętrzny i wewnętrzny tworzące komorę obciążającą przy czym drugie końce tych mieszków połączone są trwale z pokrywą uszczelnienia, zawierającą co najmniej trzy otwory przez które do komory obciążającej doprowadzane jest sprężone powietrze, z zewnętrznego układu zasilającego. Pierścień uszczelniający od strony komory obciążającej posiada co najmniej trzy otwory o małej średnicy i głębokości do około 1 mm od uszczelnianej powierzchni czołowej, w których są umieszczone czujniki do pomiaru temperatury w strefie tarcia. Czujniki połączone są przewodami z układem pomiarowo-sterującym w układzie zasilającym, gdzie jest wypracowywany sygnał sterujący zaworem elektropneumatycznym. Poprzez zmianę wartości ciśnienia powietrza w komorze obciążającej, następuje odpowiednio zmiana siły obciążającej styk czołowy pierścieni uszczelniających.

Mechaniczne uszczelnienie czołowe, zawierające dociskane uszczelniane pierścienie, w którym, z osiowo przesuwnym pierścieniem uszczelniającym oraz pokrywą połączone są dwa sprężyste mieszki, zewnętrzny i wewnętrzny, tworzące wewnętrzną, pierścieniową, komorę oraz zawierające czujniki zainstalowane w przesuwnym pierścieniu, do pomiaru temperatury pracy uszczelnienia, połączone przewodami z układem pomiarowo-sterującym, według patentu PL 211380, charakteryzuje się tym, że z pierścieniową komorą połączony jest układ hydrauliczny sprzężony z układem pomiarowo-sterującym tworzącym zewnętrzny, regulowany, układ stabilizacji warunków pracy pierścieni uszczelniających.

Korzystnie, przesuwny uszczelniający pierścień od strony komory posiada obwodowe wybrania. Wybrania te zwiększają powierzchnie wymiany ciepła pomiędzy pierścieniem a cieczą przetłaczaną w układzie hydraulicznym. Korzystne jest też rozwiązanie, w którym czujniki temperatury zainstalowane są w otworach przesuwnego pierścienia, wykonanych od strony komory, które posiadają różną głębokość. Pozwala to na precyzyjne określenie temperatury pracy uszczelnienia.

PL 224 773 B3

Mechaniczne uszczelnienie czołowe według wynalazku ma budowę kompaktową. Komora, utworzona pomiędzy mieszkami połączonymi z pierścieniem i pokrywą, oddziela układ hydrauliczny stabilizujący warunki pracy uszczelnienia od przestrzeni zawierającej uszczelniane medium.

Intensywność chłodzenia lub podgrzewania przesuwnego pierścienia uszczelniającego jest uzależniona od natężenia przepływu oraz temperatury cieczy przetłaczanej w układzie hydraulicznym. Do odpowiedniej zmiany natężenia przepływu wykorzystane są wartości temperatur mierzonych przez co najmniej trzy czujniki umiejscowione w otworach o różnej głębokości, wykonane na obwodzie w przesuwnym pierścieniu uszczelniającym od strony wewnętrznej, pierścieniowej, komory.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym mechaniczne uszczelnienie czołowe z zewnętrznym układem hydraulicznym, w przekroju wzdłużnym.

Mechaniczne uszczelnienie czołowe składa się z dwóch uszczelniających pierścieni 1, 2 stanowiących kompaktowy moduł umieszczony na tulei 3 zablokowanej wkrętami mocującymi 20 na wyjściu wału obrotowego 21 z korpusu maszyny wirnikowej. Szczelność powierzchni styku tulei 3 z wałem 21 oraz powierzchni styku pierścienia uszczelniającego 1 z tuleją 3 zapewniają pierścienie elastomerowe 12, 14 typu „O”. Moment obrotowy z tulei na pierścień uszczelniający jest przenoszony przez element zabierający 13.

Z osiowo przesuwnym pierścieniem uszczelniającym 2, o budowie stopniowanej w kierunku osiowym, połączone są dwa sprężyste mieszki, zewnętrzny 4 i wewnętrzny 5 tworzące, łącznie z pokrywą 7, zamkniętą wewnętrzną, pierścieniową, komorę 6. Mieszki 4 i 5 połączone są trwale z pokrywą 7, z otworami 8, do których jest podłączony zewnętrzny układ hydrauliczny 16 ze zbiornikiem wyrównawczym 24. Obieg cieczy w układzie hydraulicznym, jest zamknięty i wymuszony pompą obieg ową 22 z zaworem przelewowym 23 i elektrozaworem 18 regulującym natężenie przepływu.

Pierścień uszczelniający 2 od strony wewnętrznej komory 6 ma wykonane obwodowe wybrania 2a w celu zwiększenia powierzchni wymiany ciepła. Ponadto, w pierścieniu tym od strony wewnętrznej komory są wykonane trzy otwory osiowe 11 o małej średnicy, około 2 mm, i różnej głębokości od powierzchni czołowej, w których są umieszczone czujniki 10 do pomiaru rozkładu temperatury wewnątrz przesuwnego pierścienia 2. Przewody czujników 10 są doprowadzone, poprzez otwory osiowe 9 w pokrywie 7 uszczelnienia, do układu pomiarowo-sterującego 17, gdzie jest wypracowywany sygnał sterujący zaworem elektrohydraulicznym 18 zmieniającym natężenie przepływu cieczy w układzie hydraulicznym 16.

W warunkach eksploatacji uszczelnienia według wynalazku, w styku czołowym pierścieni dla zadanych parametrów pracy, na skutek ich tarcia ślizgowego wytwarza się ciepło, którego część jest odprowadzana przez pierścienie do otaczającego medium o ciśnieniu p na ich walcowych powierzchniach zewnętrznych i wewnętrznych. Zasadnicza część wydzielanego ciepła jest odprowadzana przez przeciwległą powierzchnię czołową przesuwnego pierścienia 2 stykającą się z cieczą chłodzącą przepływają przez wewnętrzną komorę 6 między mieszkami sprężystymi 4, 5.

W przypadku pracy uszczelnienia w warunkach niskich temperatur, zewnętrzny układ hydrauliczny 16, doprowadza do komory 6 ciecz o wyższej temperaturze tak, aby temperatura pracy pierścieni uszczelniających była utrzymywana na zadanym poziomie.

Pomiary temperatury przez czujniki umiejscowione w otworach 11 o różnej odległości od ślizgowej powierzchni tarcia umożliwią wyznaczenie rozkładu temperatury w pierścieniu uszczelniającym 2, a następnie ustalenie odpowiedniego natężenia przepływu cieczy chłodzącej lub podgrzewającej, i tym samym intensywności odprowadzania lub doprowadzania ciepła.

Claims (3)

1. Mechaniczne uszczelnienie czołowe, zawierające dociskane uszczelniane pierścienie, w którym, z osiowo przesuwnym pierścieniem uszczelniającym oraz pokrywą połączone są dwa sprężyste mieszki, zewnętrzny i wewnętrzny, tworzące wewnętrzną, pierścieniową, komorę oraz zawierające czujniki zainstalowane w przesuwnym pierścieniu, do pomiaru temperatury pracy uszczelnienia, połączone przewodami z układem pomiarowo-sterującym, według patentu PL 211380, znamienne tym, że z pierścieniową komorą (6) połączony jest układ hydrauliczny (16) sprzężony z układem pomiarowo-sterującym (17) tworzącym zewnętrzny, regulowany, układ stabilizacji warunków pracy pierścieni uszczelniających (1, 2).

PL 224 773 B3

2. Mechaniczne uszczelnienie, według zastrz. 1, znamienne tym, że przesuwny uszczelniający pierścień (2) od strony komory (6) posiada obwodowe wybrania (2a).

3. Mechaniczne uszczelnienie, według zastrz. 1, znamienne tym, że czujniki temperatury (10) zainstalowane są w otworach (11) przesuwnego pierścienia (2) wykonanych od strony komory (6), które posiadają różną głębokość.