SU1548565A1

SU1548565A1 - Contactless face seal

Info

Publication number: SU1548565A1
Application number: SU874206583A
Authority: SU
Inventors: Александр Павлович Цыбульник
Priority date: 1987-01-12
Filing date: 1987-01-12
Publication date: 1990-03-07

Abstract

Изобретение относитс к уплотнительной технике, а именно к торцовым уплотнени м вращающихс валов, и может использоватьс в насосах или компрессорах. Цель изобретени - повышение надежности и долговечности уплотнени за счет поддержани оптимального гарантированного зазора между уплотнительными кольцами достигаетс за счет того, что сумма площадей проекций разгрузочной 7 и смежной 11 поверхностей на плоскость, перпендикул рную оси вала, больше площади проекции внутренней поверхности 10 на ту же плоскость, при этом разгрузочна полость 8 сообщена с областью высокого давлени дросселирующими каналами 9, 13. При раскрытии уплотнени давление, действующее на смежную 11 и разгрузочную 7 поверхности, снижаетс , отжимающа сила уменьшаетс по мере раскрыти до наступлени равновесного состо ни , а между уплотнительными кольцами 2, 4 устанавливаетс гарантированный зазор. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.The invention relates to a sealing technique, namely to mechanical seals of rotating shafts, and can be used in pumps or compressors. The purpose of the invention is to increase the reliability and durability of the seal by maintaining an optimal guaranteed gap between the sealing rings due to the fact that the sum of the areas of the unloading 7 projections and the adjacent 11 surfaces on a plane perpendicular to the shaft axis is larger than the projected area of the inner surface 10 on the same plane , wherein the unloading cavity 8 is in communication with the high pressure area by throttling channels 9, 13. When the seal opens, the pressure acting on the adjacent 11 and unloading 7 ited is reduced, pressing force decreases as the disclosure prior to the onset of the equilibrium state, and between the sealing rings 2, 4 is set a guaranteed clearance. 2 hp f-ly, 2 ill.

Description

1one

(21)4206583/29(21) 4206583/29

(22)12.01.87(22) 01/12/87

(46) 30.08.91. Бюл. № 32(46) 08/30/91. Bul Number 32

(71)Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-техноло- гический институт компрессорного машиностроени (71) All-Union Scientific Research and Development and Technological Institute of Compressor Machine Building

(72)А.П.Цыбульник(72) A.P. Tsybulnik

(53)62.762 (088.8)(53) 62.762 (088.8)

(56)Марцинковский В.А. Бесконтактные уплотнени роторных машин, М., Машиностроение, 1980, с.162, рис.85.(56) Martsinkovskiy V.A. Contactless compaction of rotary machines, M., Mashinostroenie, 1980, p. 162, ris.85.

(54)БЕСКОНТАКТНОЕ ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ(54) NON-CONTACT MECHANICAL SEAL

(57)Изобретение относитс к уплот- нительной технике, а именно, к торцовым уплотнени м вращающихс валов, и может быть использовано в насосах или компрессорах. Цель изобретени - повышение надежности и долговечности торцового уплотнени за счет поддержани оптимального зазора между уплот- нительными кольцами. Бесконтактное торцовое уплотнение вращающегос вала(57) The invention relates to sealing technology, namely, to mechanical seals of rotating shafts, and can be used in pumps or compressors. The purpose of the invention is to increase the reliability and durability of the mechanical seal by maintaining an optimal gap between the sealing rings. Non-contact mechanical seal rotating shaft

1 состоит из аксиально-неподвижного уплотнительного кольца 2, установленного в корпусе 3 или навалу 1, аксиально-подвижного уплотнительного кольца 4. Уплотнительные кольца 4 содержат, расположенные попарно друг против друга внутренние 5 и наружные 6 поверхности трени , разгрузочные поверхности 7, образующие разгрузочную полость 8„ Внутренние поверхности трени отдел ют разгрузочную полость 8 от области высокого давлени Р. , ц наружные 6 поверхности - от области низкого давлени Р„. Аксиально-подвижное уплотнительное кольцо 4 содержит внутреннюю поверхность 10, торцевую смежную поверхность 11., цилиндрическую поверхность 12, образующа с корпусом 3 или валом 1 кольцевую дросселирующую щель 13. Сумма площадей проекций смежной поверхности 11 и разгрузочной поверхности 7 уплотнительного кольца 4 на плоскость, перпендикул рно к оси вращени вала 1, больше площади проекции внутренней поверхности 10 этого кольца на ту же плоскость. Си- лы давлени , действующие на поверхность 10, прижимают кольцо 4 к коль-i цу 2, а силы давлени - 11 и разгрузочную поверхность 7, отжимают его. от кольца 2.1 consists of an axially fixed sealing ring 2, installed in the housing 3 or in bulk 1, of an axially movable sealing ring 4. The sealing rings 4 contain internal 5 and outer 6 friction surfaces located opposite each other, discharge surfaces 7 forming the unloading cavity 8 "Internal friction surfaces separate the unloading cavity 8 from the high pressure area P., and the outer 6 surfaces from the low pressure area P". The axially movable sealing ring 4 comprises an inner surface 10, an end adjacent surface 11., a cylindrical surface 12, which, with the housing 3 or shaft 1, forms an annular throttling slot 13. The sum of the projected areas of the adjacent surface 11 and the discharge surface 7 of the sealing ring 4 on a plane, perpendicular directly to the axis of rotation of shaft 1, larger than the projected area of the inner surface 10 of this ring on the same plane. The pressure forces acting on the surface 10 press the ring 4 to the ring-i zu 2, and the pressure forces 11 and the discharge surface 7 press it out. from the ring 2.

II

%%

0000

ел с& елate with & ate

Изобретение относитс к уплотни- тельной технике, а именно к торцовым уплотнени м вращающихс валов, и может быть использовано в насосах или компрессорах.The invention relates to a sealing technique, namely to mechanical seals of rotating shafts, and can be used in pumps or compressors.

.Цель изобретени - повышение надежности и долговечности торцовогоThe purpose of the invention is to increase the reliability and durability of the end face.

уплотнени за счет поддержани оптимального зазора между уплотнительны- ми кольцами.seals by maintaining an optimal gap between the O-rings.

Изобретение по сн етс чертежами , где на фиг.1 изображено бесконтактное торцовое уплотнение в разрезе; на фиг.2 - бесконтактноеThe invention is illustrated in the drawings, in which Fig. 1 shows a non-contact mechanical seal in section; figure 2 - contactless

торцовое уплотнение в разрезе, вариант с аксиально подвижным невра- щакнцимс уплотнительным -кольцом.mechanical seal in the section, option with axially movable neural seal with sealing ring.

Бесконтактное торцовое уплотнение вращающегос вала 1 состоит из аксиально неподвижного уплотнительного кольца 2, установленного в корпусе 3 (фиг.1) или на валу 1 (фиг,2) и аксиально-подвижного уплотнительного кольца 4, установленного на валу 1 (фиг.1) или в корпусе 3 (фиг.2). Уп- лотнительные кольца содержат расположенные попарно друг против друга внутренние 5 и наружные 6 поверхности трени , расположенные на торцовых кольцевых концентричных по сках соосных с валом, разгрузочные поверхности 7, расположенные между по сками и образующие разгрузочную полость 8. Внутренние 5 поверхности трени отдел ют разгрузочную полость 8 от области высокого давлени Р„ , а наружные 6 поверхности трени отдел ют разгрузочную полость 8 от области низкого давлени Рц. Разгрузочна полость 8 сообщена с областью высокого давлени каналами, выполненными в виде микроканавок 9 на внутренней поверхности трени одного из уплотнительных колец, в данном случае аксиально неподвижного уплотнительного кольца 2. Аксиально подвижное уплотнительное кольцо 4 содержит внутреннюю поверхность 10, раположенную в области высокого давлени и обращенную в сторону от аксиально неподвижного уплотнительного кольца 2, торцовую смежную поверхность 11, расположенную в области высокого давлени и обращенную в сторону аксиально неподвижного уплотни- тельного кольца 2, и цилиндрическую поверхность 12, расположенную в области высокого давлени и образующую с корпусом 3 (фиг.1) или валом 1 (фиг.2) кольцевую дросселирующую щель 13. Сумма площадей проекций смежной поверхности 11 и разгрузочной поверхности 7 аксиально подвижного уплотнительного кольца 4 на плоскость, перпендикул рную к оси вращени вала 1, больше площади проекции внутренней поверхности 10 этого кольца на ту же плоскость. Силы давлени , действующие на внутреннюю поверхность 10, прижимают аксиально подвижное уплотнительное кольцо 4 к аксиально неподвижному уплотнительному кольцу 1,The non-contact mechanical seal of the rotating shaft 1 consists of an axially fixed sealing ring 2 installed in the housing 3 (FIG. 1) or on the shaft 1 (FIG. 2) and an axially movable sealing ring 4 mounted on the shaft 1 (FIG. 1) or in the housing 3 (figure 2). The sealing rings contain inner 5 and outer 6 friction surfaces arranged in pairs against each other, located on the end ring concentric cross-sections coaxially with the shaft, unloading surfaces 7 located between the cores and forming the unloading cavity 8. The inner 5 friction surfaces separate the unloading cavity 8 from the high pressure region Pn, and the outer 6 friction surfaces separate the unloading cavity 8 from the low pressure region Pc. The discharge cavity 8 communicates with the high-pressure area by channels made in the form of micro-grooves 9 on the inner surface of the friction of one of the sealing rings, in this case an axially fixed sealing ring 2. The axially movable sealing ring 4 contains an inner surface 10 located in the high-pressure area and facing away from the axially fixed sealing ring 2, the end face 11, located in the high pressure area and facing the axial but a stationary sealing ring 2, and a cylindrical surface 12 located in the high pressure area and forming with case 3 (FIG. 1) or shaft 1 (FIG. 2) an annular throttling slot 13. The sum of the projected areas of the adjacent surface 11 and the discharge surface 7, the axially movable sealing ring 4 on a plane perpendicular to the axis of rotation of shaft 1 is larger than the projected area of the inner surface 10 of this ring on the same plane. The pressure forces acting on the inner surface 10 press the axially movable sealing ring 4 to the axially fixed sealing ring 1,

5five

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

а силы давлени , действующие на смежную поверхность 11 и разгрузочную поверхность 7 аксиально подвижного уплотнительного кольца 4, отжимают его от аксиально неподвижного уплотнительного кольца 2.and the pressure forces acting on the adjacent surface 11 and the unloading surface 7 of the axially movable sealing ring 4, press it away from the axially fixed sealing ring 2.

Работа бесконтактного торцового уплотнени заключаетс в следующем. На внутреннюю поверхность 10 аксиально подвижного уплотнительного кольца 4 действует высокое уплотн емое давление . Если уплотнение закрыто, т.е. поверхности 5 и 6 трени попарно сомкнуты , высокое давление будет действовать также и на смежную поверхность 11 и разгрузочную поверхность 7 аксиально подвижного уплотнительного кольца 4, так как разгрузочна полость 8 в этом случае будет отсечена от области низкого давлени сомкнутыми наружными поверхност ми трени 6, но сообщена при сомкнутых внутренних поверхност х трени 5 посредством микроканавок 9 с кольцевой полостью между смежной поверхностью 11 аксиально подвижного уплотнительного кольца 4 и аксиально неподвижным уплотнительным кольцом 2 и далее через кольцевую дросселирующую щель 13 с областью высокого давлени . Так как сумма площадей проекций смежной и разгрузочной поверхностей 11,7 аксиально подвижного уплотнительного кольца 4 на плоскость, перпендикул рную к оси вращени вала 1, больше площади проекции внутренней поверхности 10 этого кольца на ту же плоскость, при одинаковом высоком давлении, действующем на указанные .поверхности, силы, отжимающие аксиально подвижное уплотнительное кольцо 4 от аксиально неподвижного уплотнительного кольца 2, будут больше прижимающих , и уплотнение раскроетс , т.е. поверхности трени 5 и 6 попарно разомкнутс , и между ними образуютс торцовые щели. Уплотн ема среда потечет из области высокого давлени через дросселирующую щель 13, кольцевую полость ме ду смежной поверхностью 11 аксиально подвижного уплот- нительного кольца 4 и аксиально неподвижным уплотнительным кольцом 2, торцовую щель между внутренними поверхност ми трени 5, разгрузочную полость 8 и торцовую щель между наружными поверхност ми трени 6 в область низкого давлени . Все три щели оказывают течению уплотн емой среды большое гидравлическое сопротивление , давление среды в каждой из них резко падает. Давление, .действующее на смежную и разгрузочную поверхности 11, 7 аксиально подвижного уплотнительного кольца 4 становитс меньше высокого уплотн емого давлени в то врем как давление,действующее на внутреннюю поверхность 10, остаетс по-прежнему.Вследствие этого отжимающа сила уменьшаетс по мере раскрыти уплотнени и сравниваетс сThe operation of the non-contact mechanical seal is as follows. A high sealing pressure acts on the inner surface 10 of the axially movable sealing ring 4. If the seal is closed, i.e. the friction surfaces 5 and 6 are pairwise connected, the high pressure will also act on the adjacent surface 11 and the unloading surface 7 of the axially movable sealing ring 4, since the unloading cavity 8 in this case will be cut off from the low pressure area by the closed external friction surfaces 6, but communicated with closed internal surfaces of the friction 5 by means of micro-grooves 9 with an annular cavity between the adjacent surface 11 of the axially movable sealing ring 4 and the axially fixed sealant th ring 2 and further through the annular throttling slot 13 with the high pressure region. Since the sum of the projected areas of the adjacent and unloading surfaces 11.7 of the axially movable sealing ring 4 on the plane perpendicular to the axis of rotation of the shaft 1 is larger than the projected area of the inner surface 10 of this ring on the same plane, with the same high pressure acting on the indicated ones. the surfaces, the forces pressing the axially movable sealing ring 4 from the axially fixed sealing ring 2, will be more pressing, and the sealing will open, i.e. the friction surfaces 5 and 6 are pairwise open, and end slots are formed between them. The sealing medium will flow from the high-pressure area through the throttling gap 13, the annular cavity between the adjacent surface 11 of the axially movable sealing ring 4 and the axially fixed sealing ring 2, the face gap between the internal surfaces of the friction 5, the unloading cavity 8 and the face gap between outer friction surfaces 6 in the low pressure area. All three slots exert a great hydraulic resistance to the flow of the medium being compressed, the pressure of the medium in each of them drops sharply. The pressure acting on the adjacent and unloading surfaces 11, 7 of the axially movable sealing ring 4 becomes less than the high sealing pressure while the pressure acting on the inner surface 10 remains the same. As a result, the pressing force decreases as the sealing opens and compared to

прижимающей силой, после чего наступа-15 лирующими каналами, отличаюет равновесное состо ние, при котором между поверхност ми трени 5 и 6 упло нительных колец установитс зазор. Величина этого зазора будет малой, вследствие резкого падени давлени на смежной и разгрузочной поверхност х 11 и 7 аксиально подвижного уплотнительного кольца 4 при раскрытии уплотнени , т.е. уплотнение будет выполн ть свои пр мые функции, но трение между поверхност ми трени 5 и 6 уплотнительных колец 2 и 4 станет чисто жидкостным, что приведет к уменьшению износа колец, повышению надежности и долговечности уплотнени .the pressing force, after which the advancing channels enter the channel, distinguishes the equilibrium state in which a gap will be established between the surfaces of friction 5 and 6 of the sealing rings. The size of this gap will be small due to a sharp drop in pressure on the adjacent and unloading surfaces 11 and 7 of the axially movable sealing ring 4 when opening the seal, i.e. the seal will perform its direct functions, but the friction between the friction surfaces 5 and 6 of the sealing rings 2 and 4 will become purely fluid, which will reduce ring wear, increase the reliability and durability of the seal.

Claims

1. A non-contact mechanical seal comprising a housing, an axially fixed sealing ring and an axially movable sealing ring with friction surfaces located on the face of the annular

ten

At ////// At

on skids concentric to the shaft, a discharge surface located between the ribs, and with an adjacent surface located in the high pressure area, facing the axially fixed sealing ring, and the inner surface facing away from the axially fixed sealing ring, and also the unloading cavity, limited by the unloading surface and i-bays and communicated with the high pressure area of the dross

Now, in order to increase reliability and durability, the sum of the projected areas of the unloading and adjacent surfaces of the axially movable ring on the planes perpendicular to the axis of rotation is larger than the projected area of the inner surface to the same plane.

2. Contactless mechanical seal pop.1, characterized in that the throttling channels are made in the form of micro-grooves on the surface of the friction separating the unloading cavity from the high-pressure area.

3. Non-contact mechanical seal pop.1, characterized in that an annular throttling gap is formed between the axially movable sealing ring and the housing or shaft in the high-pressure area.

11 13 112

4 g

) /// A /////// l

Fig2