кольцо самоустанавливающегося газового торцевого уплотнения

Формула изобретения

КОЛЬЦО САМОУСТАНАВЛИВАЮЩЕГОСЯ ГАЗОВОГО ТОРЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ со спиральными канавками на торцевой поверхности трения, причем спиральные канавки выполнены открытыми на периферии кольца и заканчивающимися на радиусе до внутреннего радиуса кольца, отличающееся тем, что на торцевой поверхности трения кольца выполнен прерывистый кольцевой коллектор, соединенный с концами спиральных канавок в группы с равным количеством канавок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к уплотнительной технике, например, для компрессорных машин и насосов, в частности, для нагнетателей природного газа.

Известны конструкции газового торцевого уплотнения со спиральными канавками. Канавки глубиной 3-10 мкм расположены на торцевой поверхности трения таким образом, что при вращении вала под действием сил вязкости газ заходит в канавки и сжимается в них до тех пор, пока силы давления разомкнут торцевые поверхности на величину 2-3 мкм и тем самым трение будет происходить на газовой смазке с минимальной протечкой газа (5-50 л/мин).

Известно уплотнение фирмы "Джон Крейн" (прототип), на торцевой поверхности трения одного из колец пары трения расположены спиральные канавки, начинающиеся с периферийного радиуса и оканчивающиеся на определенном радиусе между наружным и внутренним радиусами, при этом соотношение радиусов начала и конца канавок находится в интервале 0,5-0,8.

Однако, при малой скорости вращения при пусках или остановках в уплотнениях выделяется слишком много тепла трения, повышается температура колец, что приводит к выходу уплотнений из строя. Это типичный недостаток таких уплотнений и фирма рекомендует на подобных режимах работать минимальное по продолжительности время. Однако, это не всегда можно согласовать с регламентом работы нагнетателя природного газа в составе компрессорной станции.

Для того, чтобы уплотнение надежно работало на всех режимах эксплуатации, в самоустанавливающемся газовом уплотнении на кольце со спиральными канавками, начинающимися с периферийного радиуса и заканчивающимися между внутренним и наружным радиусами, на радиусе концов канавок на поверхности трения кольца выполняется прерывистый кольцевой коллектор, соединяющий канавки в группы с равным количеством канавок.

На фиг. 1 изображена торцевая поверхность кольца газового уплотнения; на фиг. 2 - графики температуры кольца пары трения в зависимости от скорости вращения.

Устройство содержит спиральные канавки 1, расположенные по периметру кольца уплотнения и коллекторы 2, соединяющие канавки в группы.

Групп может быть три и более. В каждой группе коллекторы соединяются несколько концов канавок. Количество соединенных канавок в каждой группе одинаковое. Поэтому общее количество канавок кратно количеству групп кольцевого коллектора. Например, если общее количество канавок 12, то коллектор может состоять из 3^х групп по 4 канавки в каждой группе, 4^х групп по 3 канавки или 6^ти групп по 2 канавки

Графики температуры фиг. 2, построенные на основании испытаний натурных пар трения, показывают, что пара трения без применения коллекторов (прототип) имеет пик температуры до 120^оС при низкой скорости вращения и повышенную температуру (до 80^оС) при высокой скорости (график поз. 1). Применение коллекторов позволяет снизить не только температуру пары трения при высокой скорости вращения, но, главное, избежать пика температур в период пуска и остановки, а также работе при низкой скорости вращения (график поз. 2).

Работа устройства кольца торцевого уплотнения со спиральными канавками, снабженными коллекторами, заключается в том, что коллекторы компенсируют некоторые неточности изготовления канавок или изменения площади сечения канавок при эксплуатации в результате засорения, налипания смол, соли и т. д. Наличие нескольких отдельных групп в коллекторе способствует возникновению восстанавливающего момента при перекосах пары трения в процессе работы. В комплексе это способствует стабильному поддержанию газового зазора и исключению даже кратковременного касания поверхностей трения на всех режимах работы. График температуры поз. 2 на фиг. 2 показывает, что на всех скоростях вращения вала имеет место только трение в газовой смазке.

(56) Газовые сухие уплотнения валов турбомашин, обзорная информация "Компрессорное машиностроение", вып. ХМ-5, ЦИНТИХИМнефтемаш, М. , 1989, с. 6-9.

Патент США N 4212475, кл. F 16 J 15/34, 1980.