узел вакуумного уплотнения привода ротационного испарителя

Формула изобретения

Узел вакуумного уплотнения привода ротационного испарителя, содержащий соосно установленные шпиндель с вращающимся вкладышем, на одном конце которого закреплена испарительная колба, а на другом выполнен кольцевой выступ, контактирующий своей торцевой поверхностью с торцевой поверхностью подпружиненного невращающегося вкладыша, а также элементы крепления и фиксации обоих вкладышей, отличающийся тем, что кольцевой выступ вращающегося вкладыша выполнен с эксцентриситетом относительно оси вкладыша, а его ширина равна эксцентриситету.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для оборудования, предназначенного для проведения тепло- и массообменных процессов, в частности может быть использовано в приводе ротационных испарителей.

Известен узел вакуумного уплотнения привода ротационного испарителя, содержащий соосно установленные шпиндель с вращающимся вкладышем, на одном конце которого закреплена испарительная колба, а на другом стеклянный патрубок, контактирующий своей торцевой поверхностью с торцевой поверхностью подпружиненного невращающегося вкладыша, а также элементы крепления и фиксации обоих вкладышей. При этом невращающийся вкладыш выполнен в виде сильфона, снабженного уплотнительным кольцом, выполненным заодно с ним [1]

Недостатком известного узла является ненадежная герметичность при работе, так как контактирующие поверхности обоих вкладышей даже при небольших скоростях вращения колбы не всегда занимают параллельное положение относительно друг друга из-за нежесткой конструкции невращающегося вкладыша, выполненного в виде сильфона. Поэтому для получения надежного вакуумного соединения необходимо контактирующие поверхности вкладышей сжимать большим усилием пружины, что ведет при вращении к перегреву поверхностей, увеличению коэффициента трения и их разрушению.

Известен также узел вакуумного уплотнения привода ротационного испарителя, содержащий соосно установленные шпиндель с вращающимся вкладышем, на одном конце которого закреплена испарительная колба, а на другом выполнен закругленный кольцевой выступ, контактирующий своей торцевой поверхностью с торцевой поверхностью подпружиненного невращающегося вкладыша, а также элементы крепления и фиксации обоих вкладышей. При этом невращающийся вкладыш выполнен в виде втулки с кольцевой канавкой в месте контакта. Материал контактирующих вкладышей однородный [2]

Основным недостатком известного узла вакуумного уплотнения является невозможность достижения высоких скоростей (даже коротковременных) вращения испарительной колбы, что снижает производительность ротационного испарителя.

Кроме того, при продолжительной работе ротационного испарителя, даже при номинальной скорости вращения происходит потеря вакуума и, как следствие, вынужденный останов для замены вкладышей.

Указанные недостатки объясняются тем, что поверхности контакта между вкладышами всегда закрыты и при продолжительной (даже в номинальном режиме) работе на вместе контакта вкладышей накапливается от трения большое количество тепла, причем отвод тепла практически отсутствует, т.к. основным конструкционным материалом по химической стойкости в вакууме применяются фторполимеры, которые имеют низкую теплопроводность.

Таким образом, в результате скольжения вкладышей поверхностный слой контакта приобретает критическую температуру для фторопласта, что ведет к разложению его, а это приводит первоначально к потере вакуума и загрязнению полученного в испарителе продукта, и далее к разрушению вкладышей.

При увеличении скорости скольжения выше номинальной коэффициент трения быстро возрастает, начинает выделяться большое количество тепла и, как следствие, быстрое разрушение вкладышей.

Технической задачей изобретения является повышение теплоотвода с поверхности трения уплотнения.

Поставленная задача достигается тем, что в узле вакуумного уплотнения привода ротационного испарителя, содержащем соосно установленные шпиндель с вращающимся вкладышем, на одном конце которого закреплена испарительная колба, а на другом выполнен кольцевой выступ, контактирующий своей торцевой поверхностью с торцевой поверхностью подпружиненного невращающегося вкладыша, а также элементы крепления и фиксации обоих вкладышей, кольцевой выступ вращающегося вкладыша выполнен с эксцентриситетом относительно оси вкладыша, а его ширина равна эксцентриситету.

На фиг. 1 изображен узел вакуумного уплотнения ротационного испарителя в разрезе, на фиг. 2 узел А на фиг. 1, на фиг. 3 сечение А-А контактирующего кольцевого выступа, выполненного с эксцентриситетом С относительно осей вкладышей с фиг. 1.

Узел вакуумного уплотнения ротационного испарителя состоит из шпинделя 1, внутри которого жестко и соосно закреплен вращающийся вкладыш 2. На одном конце вращающегося вкладыша 2 закреплена испарительная колба 3, а другой конец связан с невращающимся вкладышем 4 при помощи кольцевого выступа 5, выполненного эксцентрично к оси шпинделя 1 и вкладышей 2 и 4. При этом соблюдается условие, при котором ширина а кольцевого выступа 5 вращающегося вкладыша 2 равна эксцентриситету С относительно осей шпинделя и вкладышей. Шпиндель 1 вместе с вкладышем 2 может вращаться при помощи червячной пары 6 на подшипниках 7, невращающийся вкладыш 4 шлифованной плоскостью прижимают к кольцевому выступу 5 вращающегося вкладыша 2 при помощи пружины 8. Все, указанные составные части вакуумного уплотнения смонтированы в корпусе редуктора 9.

При вращении шпинделя 1 с помощью червячной пары 6 на подшипниках 7 начинает вращаться и фиксированный в нем вкладыш 2. При этом его кольцевой выступ 5, изготовленный эксцентрично с осью вкладыша 2, вследствие сложного движения быстро прирабатывается к поверхности контакта невращающегося вкладыша 4, что способствует надежному герметичному уплотнению.

Вращающийся вкладыш 2 жестко закреплен в шпинделе 1, а невращающийся вкладыш 4 имеет только фиксированное осевое движение, которое обеспечивается пружиной 8. Поэтому эти вкладыши всегда находятся в надежном контакте друг с другом.

В результате эксцентричного вращения кольцевого выступа 5 вращающегося вкладыша 2 по торцевой поверхности подпружиненного невращающегося вкладыша 4 происходит последовательное открытие поверхности пятна контакта, что обеспечивает повышение теплоотвода из зоны трения и снижает коэффициент трения и изнашивание трущихся поверхностей. При каждом обороте часть контактного пятна попадает во внутреннюю полость вкладыша, которая смазывается парами из испарительной колбы, что также снижает коэффициент трения.

Соотношение а с при вращении кольцевого выступа обеспечивает последовательное открытие контактного пятна вкладышей, что способствует отводу образовавшегося тепла из зоны трения.

Соотношение а > с обеспечивает только частичное открытие контактного пятна, что приводит к уменьшению отвода тепла из зоны трения, а в закрытых местах ведет к росту температуры (в пределе достигается критическая температура), при которой наступает частичное разрушение контактного пятна и выход из строя вкладышей.

Соотношение а < с хотя и обеспечивает полное открытие контактного пятна при вращении вкладыша, но эффект отвода тепла незначительный в сравнении а с. А при значительном увеличении эксцентриситета диаметр контактного пятна увеличивается, что ведет к неоправданному увеличению диаметра вкладышей.

В приведенном примере оптимальная ширина кольцевого выступа и эксцентриситета равны 3 мм, что обеспечивает механическую прочность его при диаметрах вкладышей до 80 мм.

При равенстве а с ширина контактного пятна на поверхности невращающегося вкладыша равна 9 мм, по которому скользит кольцевой выступ вращающегося вкладыша шириной 3 мм и, благодаря эксцентриситету (3 мм), при вращении кольцевой выступ последовательно занимает различное положение в пределах контактного пятна.

При диаметрах вкладышей более 80 мм толщина кольцевого выступа и соответственно эксцентриситета увеличивается, примерно, до 5 мм, что обеспечивает механическую прочность в работе любых габаритах существенных испарителей.