PL220034B1 - Mechaniczne uszczelnienie obrotowe - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mechaniczne uszczelnienie obrotowe, zwłaszcza do uszczelniania wałów maszyn wirnikowych.

Uszczelnienia wchodzą w skład maszyn wirnikowych i mają za zadanie oddzielenie od siebie przestrzeni, w których występujące media mają różne ciśnienia. Jedno z najczęściej stosowanych rozwiązań konstrukcyjnych uszczelnienia to mechaniczne uszczelnienie czołowe. Uszczelnienie mechaniczne do maszyn wirnikowych, zawiera pierścień uszczelniający stacjonarny związany z korpusem maszyny i pierścień uszczelniający obrotowy związany z wałem i dociskany do pierścienia stacjonarnego. Szczelność pomiędzy wałem a pierścieniem obrotowym oraz między korpusem a pierścieniem stacjonarnym zapewniają tzw. uszczelnienia wtórne zwykle elastomerowe w postaci promieniowych elementów o przekroju okrągłym, przekroju typu U itp. Uszczelnienie czołowe posiada przynajmniej jeden elastyczny element np. mieszek lub sprężynę umożliwiający niewielkie przesunięcia osiowe. Przesunięcia te kompensują nierównoległości powierzchni pierścieni, odkształcenia cieplne maszyny i elementów uszczelniających oraz ubytek powierzchni czołowych spowodowany zużyciem ściernym.

Pierścienie uszczelniające są dociskane do siebie powierzchniami czołowymi na ogół stałą siłą. W wyniku zakłóceń podstawowego ruchu maszyny obrotowej oś części obrotowej uszczelnienia odchyla się o pewien niewielki kąt, na ogół zmienny w czasie, co powoduje nierównoległość powierzchni czołowych pierścieni uszczelniających i nierównomierność ich nacisku na powierzchnie czołowe. Aby zagwarantować brak przecieku medium, pierścienie uszczelniające dociskane są z większą siłą niż by to było wymagane przy braku zakłóceń. Powoduje to wzrost temperatury pracy wskutek tarcia oraz zwiększenie zużycia pierścieni. W szczególnych przypadkach mogą wystąpić także silne drgania pierścienia uniemożliwiające działanie uszczelnienia.

Znane jest z polskiego opisu patentowego nr PL 209055 B1 uszczelnienie czołowe obrotowych wałów, które na dnie rowka usytuowanego pomiędzy pierścieniem stałym i pierścieniem ruchomym jest umieszczony pierścieniowy element uszczelniający, wykonany ze sznura. W uszczelnieniu tym pierścieniowy rowek może być wykonany w pierścieniu ruchomym lub w pierścieniu stałym. W przypadku, gdy pierścieniowy rowek jest w pierścieniu stałym to pierścieniowy wypust jest w pierścieniu ruchomym, natomiast gdy rowek jest w pierścieniu ruchomym, to wypust jest w pierścieniu stałym. Przekrój poprzeczny rowka ma kształt trapezu, którego zewnętrzne ramię z prostopadłą do podstawy leżącej w płaszczyźnie bocznej pierścienia ruchomego tworzy kąt pochylenia, który jest mniejszy od kąta tarcia.

Znane jest również z polskiego opisu patentowego PL 183863 B1 uszczelnienie mechaniczne czołowe zwłaszcza do cieczy zanieczyszczonych, wyposażone w układ cieczowego przepłukiwania i chłodzenia elementów uszczelniających. Uszczelnienie to charakteryzuje się uproszczoną technologicznie budową zapewniającą zwiększoną trwałość wszystkich elementów ślizgowych zwłaszcza uszczelnienia wtórnego i sprężyn dociskowych, dostosowaniem rozwiązania do uszczelnień stykowych i bezstykowych, oraz prostym w konstrukcji wspomaganiem obiegu płuczącego.

Mechaniczne uszczelnienie obrotowe zawierające pierścień stacjonarny osadzony w korpusie maszyny wirnikowej uszczelniony elastomerowym oringiem oraz pierścień obrotowy osadzony na wale maszyny wirnikowej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że powierzchnia styku pierścienia stacjonarnego i powierzchnia styku pierścienia obrotowego nachylone są pod kątem nie większym niż 45° do płaszczyzny prostopadłej do osi wału maszyny wirnikowej.

Powierzchnia uszczelnienia pierścienia stacjonarnego jest wewnętrzną powierzchnią stożkową a powierzchnia uszczelnienia pierścienia obrotowego jest zewnętrzną powierzchnią stożkową. Przewiduje się także rozwiązanie, w którym powierzchnia uszczelnienia pierścienia stacjonarnego jest zewnętrzną powierzchnią stożkową a powierzchnia uszczelnienia pierścienia obrotowego jest wewnętrzną powierzchnią stożkową.

Rozwiązanie według wynalazku posiada tę zaletę w stosunku do powierzchni czołowych stosowanych w dotychczasowych rozwiązaniach, że powierzchnie stożkowe są samocentrujące. Pozwała to bez ingerencji z zewnątrz utrzymać współosiowość pracujących pierścieni ze stożkowi powierzchniami oraz wyeliminować rozbieżność szczeliny wynikającą z niewspółosiowego działania pierścieni, bądź to na skutek błędów montażowych bądź też obciążeń wału maszyny wirnikowej podczas pracy.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia częściowy przekrój uszczelnienia, gdzie pierścień stacjonarny ma stożkową wewnętrzną

PL 220 034 B1 powierzchnię uszczelnienia a fig. 2 - częściowy przekrój uszczelnienia gdzie pierścień stacjonarny ma zewnętrzną stożkową powierzchnię uszczelnienia.

Mechaniczne uszczelnienie stożkowe przedstawione na fig. 1, składa się z pierścienia stacjonarnego la osadzonego w korpusie 6 maszyny wirnikowej z uszczelniającym elementem elastomerowym 3 oraz pierścienia obrotowego 2a osadzonego na wale 5 maszyny wirnikowej i uszczelnionego elementem elastomerowym 4. Powierzchnia uszczelnienia pierścienia stacjonarnego 1 i powierzchnia uszczelnienia pierścienia obrotowego 2a nachylone są pod kątem a 45° do płaszczyzny prostopadłej do osi wału 5 maszyny wirnikowej. Powierzchnia uszczelnienia pierścienia stacjonarnego 1a jest wewnętrzną powierzchnią stożkową zaś powierzchnia uszczelniająca pierścienia obrotowego 2a jest zewnętrzną powierzchnią stożkową. Pierścień obrotowy dociskany jest do pierścienia stacjonarnego siłą P.

W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 2 powierzchnia uszczelnienia pierścienia stacjonarnego 1b jest zewnętrzną powierzchnią stożkową zaś powierzchnia uszczelniająca pierścienia obrotowego 2b jest wewnętrzną powierzchnią stożkową i powierzchnie te są nachylone pod kątem a 45° do płaszczyzny prostopadłej do osi wału 5 maszyny wirnikowej. Rozwiązanie to jest alternatywne dla rozwiązania z fig. 1.

Stożkowe powierzchnie uszczelniające pierścienia stacjonarnego i obrotowego są samocentrujące i współpracują ze sobą w sposób ślizgowy tworząc uszczelnienie stykowe lub jeśli wystąpi między nimi mikroszczelina tworząc uszczelnienie bezstykowe.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Mechaniczne uszczelnienie obrotowe zawierające pierścień stacjonarny osadzony w korpusie maszyny wirnikowej i uszczelniony elastomerowym oringiem oraz pierścień obrotowy osadzony na wale, znamienne tym, że powierzchnia styku pierścienia stacjonarnego (1a, 1b) i powierzchnia styku pierścienia obrotowego (2a, 2b) nachylone są pod kątem (a) nie większym niż do płaszczyzny prostopadłej do osi wału (5) maszyny wirnikowej.
2. 2. Mechaniczne uszczelnienie, według zastrz. 1, znamienne tym, że powierzchnia uszczelnienia pierścienia stacjonarnego (1a) jest wewnętrzną powierzchnią stożkową a powierzchnia uszczelnienia pierścienia obrotowego (2a) jest zewnętrzną powierzchnią stożkową.
3. 3. Mechaniczne uszczelnienie, według zastrz. 1, znamienne tym, że powierzchnia uszczelnienia pierścienia stacjonarnego (1b) jest zewnętrzną powierzchnią stożkową a powierzchnia uszczelnienia pierścienia obrotowego (2b) jest wewnętrzną powierzchnią stożkową.