PL238837B1 - Mechaniczne uszczelnienie czołowe - Google Patents

Description

Opis wynalazku

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.

W celu zwiększenia intensywności odprowadzenia ciepła ze strefy styku pierścieni uszczelniających, stosuje się odpowiednią modyfikację ich geometrii oraz dodatkowo, różne układy cyrkulacyjno-chłodzące.

Znane jest z patentu US5658127 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 PL183863, PL180912, PL174399.

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

Znane jest z opisu patentowego PL224773 mechaniczne uszczelnienie czołowe, zawierające dociskane pierścienie uszczelniające, w którym, z osiowo przesuwnym pierścieniem oraz pokrywą połączone są dwa sprężyste mieszki, zewnętrzny i wewnętrzny, tworzące wewnętrzną, pierścieniową komorę połączoną z układem hydraulicznym stabilizującym warunki pracy uszczelnienia.

Mechaniczne uszczelnienie czołowe, w którym, osiowo przesuwny nieobracający się pierścień uszczelniający zawiera czujniki do pomiaru temperatury pracy uszczelnienia, połączone przewodami z układem pomiarowo-sterującym, według patentu PL224773, charakteryzuje się tym, że nieobracający się pierścień uszczelniający posiada wykonane wewnętrzne oddzielone od siebie współśrodkowe kanały o przekroju prostokątnym lub kołowym, usytuowane w pobliżu powierzchni czołowej, połączone z zewnętrznym regulowanym układem hydraulicznym, stabilizującym warunki pracy uszczelnienia.

Korzystnie, przesuwny nieobracający się pierścień uszczelniający z wewnętrznymi kanałami jest wykonany w technologii przyrostowej metodą selektywnego spiekania laserowego proszków.

Korzystnie, w nieobracającym się pierścieniu uszczelniającym wykonanie są dwa, trzy lub cztery niepołączone ze sobą wewnętrzne kanały współśrodkowe.

Korzystnie, wewnętrzne kanały współśrodkowe w nieobracającym się pierścieniu uszczelniającym są połączone naprzemiennie poprzez przewody elastyczne z zewnętrznym regulowanym układem hydraulicznym.

Mechaniczne uszczelnienie czołowe według wynalazku ma budowę kompaktową i składa się z jednego pierścienia uszczelniającego zamocowanego do tulei osadzonej na wirującym wale oraz drugiego nieobracającego się pierścienia uszczelniającego zamocowanego podatnie w obudowie poprzez elementy sprężyste, które służą do wywołania odpowiedniego docisku osiowego tych pierścieni. Intensywność chłodzenia lub podgrzewania nieobracającego się pierścienia uszczelniającego jest uzależniona od ilości lub objętości wewnętrznych kanałów współśrodkowych, natężenia przepływu oraz temperatury cieczy przetłaczanej w układzie hydraulicznym. Do odpowiedniej zmiany natężenia przepływu wykorzystane są wartości temperatur mierzonych przez co najmniej dwa czujniki umiejscowione w otworach wykonanych na obwodzie w nieobracającym się pierścieniu uszczelniającym od strony sprężystych elementów dociskających.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia mechaniczne uszczelnienie czołowe z pierścieniem osiowo przesuwnym posiadającym wewnętrzne dwa kanały połączone z zewnętrznym układem hydraulicznym, fig. 2 - przekrój A-A z fig. 1,

PL 238 837 B1 fig. 3 - przekrój B-B z fig. 1, fig. 4a - przekrój pierścienia z trzema kanałami wewnętrznymi oraz schemat podłączenia przewodów doprowadzających i odprowadzających ciecz, a fig. 4b - przekrój pierścienia z czterema kanałami wewnętrznymi wraz ze schematem podłączenia przewodów doprowadzających i odprowadzających ciecz do układu hydraulicznego.

Mechaniczne uszczelnienie czołowe składające się z dwóch pierścieni 1, 2 stanowi kompaktowy moduł uszczelniający umieszczony na tulei 3 zablokowanej wkrętami mocującymi 10 na wyjściu wału obrotowego 11 z korpusu 12 maszyny wirnikowej. Szczelność powierzchni styku tulei 3 z wałem 11 oraz powierzchni styku pierścienia uszczelniającego 2 z tuleją 3 zapewniają pierścienie elastomerowe 9, 7 typu „O”. Moment obrotowy z tulei na pierścień uszczelniający jest przenoszony przez kołek zabierający 8.

Osiowo przesuwny, nieobracający się pierścień uszczelniający 1 posiada dwa wewnętrzne niepołączone ze sobą kanały 14 o przekroju prostokątnym lub kołowym usytuowane pod czołową powierzchnią tarcia i połączone elastycznymi przewodami 15, 16 z zewnętrznym układem hydraulicznym. Nieobracający się pierścień uszczelniający 1 jest osadzony podatnie w pokrywie 4 i podparty sprężynkami dociskającymi 5 rozmieszczonymi symetrycznie na jego obwodzie wywołującymi odpowiedni docisk osiowy do pierścienia współpracującego 2. Szczelność walcowej powierzchni styku nieobracającego się pierścienia uszczelniającego 1 z pokrywą 4 zapewnia pierścień elastomerowy 6. Pokrywa 4 pierścienia uszczelniającego 1 jest połączona trwale z korpusem maszyn 12 i posiada obwodowo rozmieszczone gniazda 5a, w których osadzone są sprężynki dociskające 5 oraz otwory osiowe wykonane na obwodzie przez które zostały poprowadzone elastyczne przewody podłączeniowe doprowadzające 16 i odprowadzające 15 ciecz do zewnętrznego układu hydraulicznego.

Ponadto, w pierścieniu uszczelniającym 1 od strony elementów sprężystych wykonane są przynajmniej dwa otwory osiowe o małej średnicy około 2 mm i głębokości sięgającej około 2 mm od powierzchni czołowej, w których są umieszczone czujniki 13 do pomiaru temperatury wewnątrz pierścienia. Przewody czujników są wyprowadzone poprzez otwory osiowe w pokrywie 4 do układu pomiarowosterującego 17, gdzie jest wypracowywany sygnał sterujący zaworem elektrohydraulicznym 18 regulującym natężenie przepływu cieczy w układzie hydraulicznym. Obieg cieczy w układzie hydraulicznym, korzystnie jest aby był zamknięty i wymuszony pompą obiegową 19 z zaworem przelewowym 20 i zbiornikiem wyrównawczym 21.

Warianty rozmieszczenia wewnętrznych kanałów 14 współśrodkowych w nieobracającym się pierścieniu uszczelniającym 1 oraz schematy podłączenia przewodów doprowadzających i odprowadzających ciecz do zewnętrznego układu hydraulicznego, pokazano na rysunkach fig. 4a, fig. 4b.

Na fig. 4a uwidoczniono pierścień uszczelniający 1 posiadający trzy niepołączone ze sobą kanały wewnętrzne 14 rozmieszczone na obwodzie i połączone z elastycznymi przewodami doprowadzającymi 16 i odprowadzającymi 15 ciecz do układu hydraulicznego. Ponadto, w pierścieniu uszczelniającym 1 między króćcami przewodów doprowadzających i odprowadzających ciecz wykonane są trzy otwory osiowe 13a, w których są umieszczone czujniki 13 do pomiaru temperatury wewnątrz pierścienia.

Na fig. 4b uwidoczniono pierścień uszczelniający 1 posiadający cztery niepołączone ze sobą kanały wewnętrzne 14 rozmieszczone symetrycznie na obwodzie i połączone elastycznymi przewodami doprowadzającymi 16 i odprowadzającymi 15 ciecz do układu hydraulicznego. Ponadto, w pierścieniu uszczelniającym 1 między króćcami przewodów doprowadzających i odprowadzających ciecz wykonane są cztery otwory osiowe 13a, w których są umieszczone czujniki 13 do pomiaru temperatury.

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 oraz otoczenia na ich walcowych powierzchniach zewnętrznych i wewnętrznych. Zasadnicza część wydzielanego ciepła jest odprowadzana przez powierzchnię czołową przesuwnego pierścienia 1 posiadającego wewnętrzne kanały 14, przez które przepływa ciecz chłodząca, odbierająca wytworzone ciepło tarcia.

W przypadku pracy uszczelnienia w warunkach niskich temperatur, zewnętrzny układ hydrauliczny doprowadza do wewnętrznych kanałów 14 w pierścieniu uszczelniającym 1 ciecz o wyższej temperaturze tak, aby temperatura pracy całego mechanicznego uszczelnienia czołowego była utrzymywana na zadanym poziomie.

Pomiary temperatury przez czujniki 13 umiejscowione w otworach 13a o małej odległości od czołowej powierzchni tarcia umożliwią wyznaczenie uśrednionej temperatury w pierścieniu uszczelniającym 1, a następnie ustalenie odpowiedniego natężenia przepływu cieczy chłodzącej lub podgrzewającej i tym samym intensywności odprowadzania lub doprowadzania ciepła.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Mechaniczne uszczelnienie czołowe, w którym, osiowo przesuwny nieobracający się pierścień uszczelniający zawiera czujniki do pomiaru temperatury pracy uszczelnienia, połączone przewodami z układem pomiarowo-sterującym, według patentu PL224773, znamienne tym, że nieobracający się pierścień uszczelniający (1) posiada wykonane wewnętrzne oddzielone od siebie współśrodkowe kanały (14) o przekroju prostokątnym lub kołowym, usytuowane w pobliżu powierzchni czołowej pierścienia (1), połączone z zewnętrznym regulowanym układem hydraulicznym.
2. 2. Uszczelnienie, według zastrz. 1, znamienne tym, że przesuwny nieobracający się pierścień uszczelniający (1) z wewnętrznymi kanałami (14) jest wykonany w technologii przyrostowej metodą selektywnego spiekania laserowego proszków.
3. 3. Uszczelnienie, według zastrz. 1, znamienne tym, że w nieobracającym się pierścieniu uszczelniającym (1) wykonanie są dwa, trzy lub cztery niepołączone ze sobą wewnętrzne kanały współśrodkowe (14).
4. 4. Uszczelnienie, według zastrz. 1, znamienne tym, że wewnętrzne kanały współśrodkowe w nieobracającym się pierścieniu uszczelniającym (1) są połączone naprzemiennie poprzez przewody elastyczne (15, 16) z zewnętrznym regulowanym układem hydraulicznym.