бесконтактное уплотнительное устройство

Формула изобретения

1. Бесконтактное уплотнительное устройство, включающее вал, корпус и установленный на валу импеллер открытого типа с выполненными на одной его стороне радиальными лопатками, размещенный в кольцевой камере корпуса с постоянными по окружности радиальными зазорами между внешними кромками лопаток и цилиндрической поверхностью кольцевой камеры корпуса, а также постоянными осевыми зазорами между торцевыми поверхностями лопаток и ответной торцевой поверхностью стенки камеры корпуса, отличающееся тем, что геометрические размеры смежных лопаток или их групп выполнены циклически переменными по окружности импеллера.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высота смежных лопаток или их групп изменяется по синусоидальному закону.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что радиальный размер смежных лопаток или их групп изменяется по синусоидальному закону.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к бесконтактным уплотнительным устройствам импеллерного типа вращающихся валов гидромашин [1]

Известны гидродинамические импеллерные уплотнения.

Наиболее близким техническим решением является конструкция уплотнения с открытым импеллером в виде закрепленного на валу диска с радиальными лопатками, расположенного в кольцевой камере корпуса с постоянными по окружности радиальными зазорами между внешними кромками лопаток и цилиндрической поверхностью кольцевой камеры, а также постоянными осевыми зазорами между торцовыми поверхностями лопаток и ответной плоской торцевой поверхностью стенки камеры корпуса [2]

Недостатком уплотнения является невысокая герметизирующая способность при режимах работы машины с высоким перепадом давления на уплотнении.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в устранении указанного недостатка, а именно в повышении эффективности герметизации.

Сущность изобретения заключается в увеличении турбулизации потока жидкости и гидравлического сопротивления в зазорах между поверхностями лопаток и ответными поверхностями кольцевой камеры корпуса.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном уплотнении, включающем вал, корпус и установленный на валу импеллер открытого типа с выполненными на одной его стороне радиальными лопатками, размещенный в кольцевой камере корпуса с постоянными по окружности зазорами между внешними кромками и торцовыми поверхностями лопаток и ответными поверхностями стенок кольцевой камеры, геометрические размеры смежных лопаток или их групп выполнены циклически переменными по окружности импеллера. Это достигается двумя путями: высота смежных лопаток (или их групп) изменяется по синусоидальному закону или радиальный размер смежных лопаток (или их групп) изменяется по синусоидальному закону.

На фиг.1 изображен продольный разрез устройства; на фиг.2 развертка наружной поверхности импеллера; на фиг.3 разрез по А-А на фиг.1.

Вал 1 устройства установлен в корпусе 2 в кольцевой его камере 3. На валу 1 закреплен импеллер 4 с выполненными на одной его стороне радиальными лопатками 5. Импеллер 4 с лопатками 5 установлен в камере 3 с постоянными радиальными зазорами 6 между внешними кромками 7 лопаток 5 и цилиндрической поверхностью 8 камеры 3, а также с постоянными осевыми зазорами 9 между торцовыми поверхностями 10 лопаток 6 и ответной плоской торцовой стенкой 11 камеры 3.

Особенностью устройства является то, что геометрические размеры смежных лопаток 5 или их групп выполнены циклически переменными по окружности импеллера 4. В одном варианте импеллер 4 выполнен таким образом, что высота h (фиг. 2) смежных лопаток 5 или групп лопаток 5 изменяется по синусоидальному закону, а в другом варианте радиальный размер z (фиг. 3) смежных лопаток или их групп изменяется по окружности импеллера 4 по синусоидальному закону. Закон изменения размеров лопаток 5 по окружности выбран синусоидальным для уменьшения отрицательных шумовых эффектов и вибрации машины при работе.

Устройство работает следующим образом. Жидкость в зазорах 6 и 9 между вращающимся импеллером 4 и стенками 8 и 11 камеры 3 корпуса находится в сложном движении, закручивается за счет сил трения и проскальзывает относительно лопаток 5. В области лопаток 5 имеет место радиальное течение к периферии и в осевом направлении, а в осевом зазоре 9 между торцовыми кромками 10 лопаток 5 и плоской торцевой стенкой 11 корпуса 2 от периферии к центру. Вследствие этого образуются циркуляционные зоны, возникают отрывные течения, возвратные потоку, и вихри. При наличии лопаток или их групп с циклически переменными по окружности геометрическими размерами картина течения еще более усложняется, поскольку в области смежных лопаток (или их групп) имеют место неодинаковые циркуляционные процессы и различные локальные значения параметров жидкости скорости и давления.

Наличие в уплотнении лопаток 5, выполненных с геометрическими размерами, циклически переменными по окружности импеллера 4, означает, что помимо лопаток 5 при работе устройства возникают области аномальной турбулизации потока в жидкостном тракте, циклически размещенных в полостях уплотнения, образуется своеобразный ряд дополнительных "лопаток". В результате увеличивается турбулизация потока и гидравлическое сопротивление тракта, в итоге повышается эффективность герметизации уплотнения.