Скользящее кольцо, вал, механическое уплотнение, корпус и ротор для поточной машины и поточная машина - RU2644645C2
Код документа: RU2644645C2
Чертежи
Описание
[0001] Настоящее изобретение относится к новому типу скользящего кольца и механическому уплотнению, так называемому скользящему кольцевому уплотнению, используемому, например, для уплотнения пространства вала центробежного насоса относительно его нагнетающего пространства. Настоящее изобретение также относится к соединению упомянутого механического уплотнения с корпусом, валом и ротором поточной машины. Следовательно, настоящее изобретение также относится к валу, корпусу и ротору поточной машины.
[0002] В следующем описании предшествующего уровня техники и настоящего изобретения, центробежный насос был использован в качестве примера поточной машины, и рабочее колесо в качестве примера ротора поточной машины. Однако следует учитывать, что настоящее изобретение может быть использовано в отношении любой поточной машины, то есть любого устройства по обработке жидкости, имеющего вращающийся вал, который необходимо уплотнить таким образом, чтобы обрабатываемая жидкость не была способна протечь вдоль вала из устройства. Таким образом поточная машина включает в себя, помимо центробежных насосов, также другие насосы, такие как смесители и мешалки, например.
[0003] В предшествующем уровне техники известны различные типы уплотнений, используемых для уплотнения вала поточной машины, такие как сальниковая набивка, скользящее кольцевое уплотнение и динамическое уплотнение. Два первых упомянутых типа уплотнений основаны на закрытии зазора, через который может возникнуть утечка, тогда как работа динамического уплотнения основана на создании разности давлений, способной предотвратить утечку. Динамическое уплотнение разработано специально для волокнистых суспензий, но также хорошо подходит для чистых, вязких, неволокнистых суспензий и жидкостей, содержащих большие твердые частицы. Динамическое уплотнение не требует внешней уплотняющей воды и не протекает.
[0004] Настоящее изобретение относится к первым типам упомянутых уплотнений. Может использоваться уплотнение вала сальниковой набивкой (Фигура 1), в некоторых режимах работы без какой-либо специальной уплотняющей жидкости, в результате чего допускается незначительная утечка перекачиваемой жидкости, чтобы обеспечивать надлежащую работу сальниковой набивки путем смазывания поверхностей скольжения колец сальника. В некоторых других режимах работы, например когда перекачиваются вязкие, волокнистые и неволокнистые суспензии и жидкости, содержащие большие твердые частицы, сальниковая набивка требует наличие внешней уплотняющей/смазывающей жидкости, чтобы предотвратить попадание перекачиваемой жидкости в уплотняемую область.
[0005] Одинарное механическое уплотнение (Фигура 2) обычно используется в более сложных условиях, то есть, например, когда перекачиваются волокнистые суспензии с вязкостью до 8%. Уплотнение может использоваться без промывочной воды, когда высота всасывания насоса положительна, и рабочее колесо снабжено специальными уравновешивающими отверстиями. Естественно, одинарное механическое уплотнение также подходит для использования с чистыми и вязкими жидкостями и жидкостями, содержащими большие твердые частицы.
[0006] Двойное механическое уплотнение (Фигура 3) применяется в наиболее сложных условиях работы, то есть оно может использоваться для перекачивания жидкостей и суспензий при любых вязкостях и концентрациях. Другими словами, может быть осуществлено нагнетание чистых, вязких, волокнистых суспензий, неволокнистых суспензий и жидкостей, содержащих большие твердые частицы. Высота всасывания насоса может быть отрицательной или положительной, и рабочее колесо может быть снабжено или не снабжено уравновешивающими отверстиями.
[0007] Все вышеупомянутые и кратко описанные типы уплотнений могут использоваться во всех типах поточных машин, то есть насосах, смесителях и так далее. Далее упоминание насосов служит только для цели упрощения. Тип насоса и конструкция насоса накладывает на уплотнение различные требования. Насосы, чье рабочее колесо было прикреплено или присоединено к валу приводного электродвигателя, задают особенно высокие требования к уплотнению. Рабочее колесо и его вал для таких насосов поддерживаются на подшипниках приводного двигателя, в результате чего рабочее колесо оказывается подвешено относительно далеко от опорных подшипников. На практике это означает, что вал центробежного насоса, который несет рабочее колесо, изгибается вследствие гидравлических радиальных усилий, особенно за период наилучшего режима работы насоса. Теперь, когда корпус насоса, снабженный по меньшей мере частью уплотнения, неподвижно установлен на торцевой фланец или корпус приводного двигателя, существует некоторое перемещение между валом и корпусом насоса, поскольку корпус насоса не изгибается вовсе или, по меньшей мере, не на ту же величину, что вал. Радиальное перемещение вала относительно частей уплотнения, прикрепленных к корпусу насоса, легко подвергают уплотнение, по различным причинам, увеличенному износу, сокращающему срок службы уплотнения.
[0008] Очень часто центробежные насосы снабжены пространством для сальниковой набивки по двум причинам. Во-первых, сальниковая набивка является самым дешевым способом уплотнения насоса. И во-вторых, сальниковая набивка требует больше пространства, особенно в осевом направлении, чем механические уплотнения. Другими словами, сальниковая набивка достаточного размера (длины) не может подойти в пространство, оптимальное для механического уплотнения. Следовательно насосы, изготавливаемые большими, более или менее стандартизованными сериями снабжены полостью под уплотнение, выполненной с возможностью вмещения уплотнения, требующего наибольшего пространства, то есть сальниковой набивки. Это означает, что даже если тот же насос используется в более сложных условиях, где используются либо одинарные, либо двойные механические уплотнения, механическое уплотнение адаптируется к пространству, предназначенному для сальниковой набивки. Ясно, что требования к длине сальниковой набивки еще больше осложняют вышеописанную проблему, связанную с изгибом вала и получаемым в результате износом уплотнения.
[0009] Другой проблемой, обусловленной длинным валом, вследствие чрезмерной длины уплотнения, является увеличенный зазор между рабочим колесом и улиткой/износной пластиной. При конструировании насоса и его рабочих зазоров необходимо учитывать наихудшие возможные условия работы, в результате чего, поскольку существует возможный риск изгиба вала, зазор между рабочим колесом и спиральной/износной пластиной должен быть увеличен, для того чтобы исключить механический контакт между улиткой/износной пластиной и рабочими лопатками рабочего колеса. В результате увеличенный зазор увеличивает потери от протечек и уменьшает общую эффективность насоса.
[0010] Дополнительная проблема может возникнуть в конструкции механического уплотнения, когда изгиб вала должен учитываться. Теперь, когда поворотное кольцо механического уплотнения зажато, как это обычно делается, между рабочим колесом и уступом на вале вместо втулки вала сальниковой набивки, защищающей вал от износа, и когда неподвижное скользящее кольцо прикреплено к корпусу насоса, изгиб вала вызывает смещение поверхностей скольжения, то есть они имеют небольшое угловое различие в их положениях. Такое смещение подвергает поверхности скольжения действию динамической осевой силы, которая стремится деформировать поверхности скольжения. Поскольку такая деформация вызывает чрезмерный износ и преждевременное протекание уплотнения, смещение должно быть исключено. Обычно это достигается путем выполнения вращающейся части скользящего кольцевого уплотнения из двух частей, соединенных друг с другом, например, направляющими штифтами. Это усложняет конструкцию скользящего кольцевого уплотнения и делает само скользящее кольцевое уплотнение дорогим. Фигура 2 описывает более подробно одинарное механическое скользящее кольцевое уплотнение, которое состоит из двух функциональных главных частей и множества дополнительных компонентов, необходимых для конструкции текущего уровня техники.
[0011] Еще одна проблема существует в обычной практике крепления неподвижного отдельного корпуса скользящего кольцевого уплотнения к пространству для сальниковой набивки или к соответствующему пространству посредством фланца или винтов или не имеющих головок болтов, которая еще больше усложняет конструкцию скользящего кольцевого уплотнения и делает само скользящее кольцевое уплотнение еще более дорогим.
[0012] Еще одна проблема может возникнуть при использовании двойного механического уплотнения. Теперь, когда поворотное кольцо закреплено со стороны атмосферы двойного механического уплотнения на валу посредством крепежных болтов, как это обычно делается, и когда неподвижное скользящее кольцо прикреплено к корпусу насоса, изгиб вала вызывает смещение поверхностей скольжения, то есть они имеют небольшое угловое различие в их положениях. Такое смещение подвергает поверхности скольжения действию динамической осевой силы, которая стремится деформировать поверхности скольжения. Другая причина, по которой поворотная поверхность скольжения деформируется/изгибается, состоит в натяжении, которому крепежные болты подвергают скользящее кольцо. Поскольку такая деформация вызывает чрезмерный износ и преждевременное протекание уплотнения, смещение/деформация должна быть исключена. Обычно это достигается путем выполнения поворотной части скользящего кольцевого уплотнения на стороне атмосферы из двух частей. Это усложняет конструкцию скользящего кольцевого уплотнения и делает само скользящее кольцевое уплотнение дорогим. Фигура 3 описывает более подробно двойное механическое скользящее кольцевое уплотнение, имеющее поворотное скользящее кольцо на стороне атмосферы, выполненное из двух главных частей.
[0013] Задача настоящего изобретения состоит в устранении по меньшей мере одной из вышеупомянутых проблем посредством новой конструкции уплотнения.
[0014] Другая задача настоящего изобретения состоит в развитии нового механического уплотнения, которое может использоваться вместо традиционных сальниковых набивок, и одинарных, а также двойных механических уплотнений.
[0015] Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в разработке нового механического уплотнения, которое выполнено заодно с конструкцией корпуса насоса.
[0016] Еще одна дополнительная задача настоящего изобретения состоит в разработке нового механического уплотнения, которое является коротким изначально и, следовательно, позволяет укоротить вал центробежного насоса.
[0017] Еще одна дополнительная задача настоящего изобретения состоит в разработке нового вала, корпуса и ротора для поточной машины, выполненной с возможностью использования механического уплотнения настоящего изобретения.
[0018] Еще одна задача настоящего изобретения состоит в разработке нового механического уплотнения для поточной машины, которое способно учитывать изгиб вала, так что уплотняющие поверхности остаются надлежащим образом выровнены, несмотря на изгиб вала.
[0019] Признаки механического уплотнения и поточной машины в соответствии с настоящим изобретением станут понятны из прилагаемой формулы изобретения.
[0020] Настоящее изобретение приводит к множеству преимуществ, как, например:
Простая конструкция механического уплотнения,
Экономичная конструкция,
Меньшее количество компонентов, более быстрая сборка,
Не требуется специальная часть неподвижного корпуса,
Универсальное уплотнение, которое может быть использоваться на любых возможных режимах работы поточной машины,
Легко переключиться с внутренней смазки на внешнюю смазку, изменения в конструкции уплотнения не требуются,
Более короткий вал, меньше изгиб, меньше напряжений,
Более короткий корпус насоса или переходная втулка для соединения корпуса насоса с приводным двигателем,
Может использоваться для замены уплотнений типа сальниковая набивка или для упрощения конструкции одинарного и двойного механических уплотнений,
Отсутствует риск поломки направляющих штифтов,
Осевая длина механического уплотнения по существу равна и меньше диаметра вала, подлежащего уплотнению (ранее в 2-3 раза больше диаметра),
Легко контролировать рабочие зазоры рабочего колеса и частей самого механического уплотнения,
Меньшие изменения различных зазоров, обусловленные температурой, как в поточной машине, так и в механическом уплотнении,
Улучшенная эффективность поточной машины и
Вследствие простой конструкции и, как следствие, низкого ценового уровня двойного механического уплотнения по изобретению, двойное механическое уплотнение может использоваться в любых применениях для уплотнения без необходимости подробно рассматривать тип уплотнения.
[0021] Механическое уплотнение и поточная машина настоящего изобретения описаны более подробно ниже, со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых
Фигура 1 схематично изображает уплотнение вала типа сальниковая набивка предшествующего уровня техники в соединении с корпусом центробежного насоса,
Фигура 2 схематично изображает одинарное механическое уплотнение предшествующего уровня техники в соединении с корпусом центробежного насоса,
Фигура 3 схематично изображает двойное механическое уплотнение предшествующего уровня техники в соединении с корпусом центробежного насоса,
Фигура 4 схематично изображает двойное механическое уплотнение в соответствии с первым предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения,
Фигура 5a схематично изображает первый возможный альтернативный вариант сечения вала центробежного насоса по линии A-A с Фигуры 4,
Фигура 5b схематично изображает второй возможный альтернативный вариант сечения вала центробежного насоса по линии A-A с Фигуры 4,
Фигура 6 схематично изображает частичное сечение возможного соединения между неподвижными скользящими кольцами двойного механического уплотнения по линии С-С с Фигуры 4,
Фигура 7 схематично изображает сечение соединения между корпусом насоса и вторым неподвижным скользящим кольцом двойного механического уплотнения по линии В-В с Фигуры 4,
Фигуры 8a - 8d изображают увеличенные виды в сечении скользящих колец с Фигуры 4,
Фигура 9a - схематичное частичное сечение центробежного насоса, причем вал центробежного насоса несет поворотные скользящие кольца в соответствии со вторым предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения,
Фигуры 9b и 9c изображают увеличенные виды в сечении скользящих колец с Фигуры 9a,
Фигура 10a - схематичное частичное сечение центробежного насоса, причем вал центробежного насоса несет поворотные скользящие кольца в соответствии с третьим предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения,
Фигуры 10b и 10c изображают увеличенные виды в сечении скользящих колец с Фигуры 10a, и
Фигуры 11a и 11b изображают два предпочтительных варианта выполнения новой конструкции одинарного механического уплотнения.
[0022] Фигура 1 схематично изображает в качестве примера уплотнения вала типа сальниковая набивка предшествующего уровня техники. Корпус 2 центробежного насоса снабжен каналом 4 для вала насоса, причем канал 4 имеет уступ 6 вблизи задней стенки 8 корпуса 2. Вал 10 насоса снабжен уступом 12, к которому защитная втулка 14 зажата посредством рабочего колеса, при креплении центробежного рабочего колеса (не показан) на вал. Втулка 14 защищает вал 10 от механического износа. Нижнее кольцо 16 опирается на уступ 6 канала 4 и уплотнительные кольца 18 уложены один на другой на нижнее кольцо 16 в пространство между корпусом 2 насоса и защитной втулкой 14. Пакет уплотнительных колец 18, в этом конкретном случае, снабжен промежуточным кольцом 20 приблизительно в центре пакета уплотнительных колец 18. Назначение кольца 20 состоит в обеспечении поступления уплотняющей и смазывающей жидкости в область контакта между уплотнительными кольцами 18 и втулкой 14 из канала 22. Уплотнительные кольца 18 удерживаются под давлением в пакете посредством сальника 24, положение которого выполнено с возможностью регулировки посредством болтов 26, ввинченных в отверстия в корпусе 2 насоса. Осевой размер сальниковой набивки является значительным, поскольку сами уплотнительные кольца, промежуточное кольцо, сальник и болты требуют пространство в осевом направлении.
[0023] Фигура 2 схематично изображает пример одинарного механического уплотнения вала. Пример уплотнения с Фигуры 2 является уже улучшенным по сравнению с традиционным способом расположения механического уплотнения, то есть установка механического уплотнения непосредственно в пространство, предназначенное для сальниковой набивки. Другими словами, теперь корпус 32 насоса снабжен каналом 34 для вала, причем канал имеет уступ 36 на конце канала 34, противоположном задней стенке 38 насоса. Это означает, что на практике установка и техническое обслуживание уплотнения происходит через конец улитки корпуса, а не приводной конец, как в соединении с сальниковым уплотнением с Фигуры 1. Вал 40 насоса снабжен уступом 42, к которому расположено поворотное переходное кольцо 44. На практике поворотное переходное кольцо 44 зажато в его местоположении рабочим колесом насоса, в то время как рабочее колесо закреплено на вале. Кольцевое уплотнение 46 предотвращает поступление жидкости между валом 40 и поворотным переходным кольцом 44, и кольцевое уплотнение 48, расположенное на внешней периферической поверхности поворотного переходного кольца 44, предотвращает поступление жидкости между поворотным скользящим кольцом 50 и переходным кольцом 44. Обеспечение вращения поворотного скользящего кольца 50 с валом не остается на кольцевых уплотнениях 46, а по меньшей мере один направляющий штифт 52 расположен в по меньшей мере одном радиальном отверстии в поворотном переходном кольце 44, так что он продолжается радиально в по меньшей мере один соответствующий по существу осевой желоб 54 во внутренней периферической поверхности поворотного скользящего кольца 50.
[0024] Неподвижное скользящее кольцо 56 поддерживается в корпусе 32 насоса посредством неподвижного переходного кольца 58, которое уплотнено посредством кольцевых уплотнений 60 и 62 относительно корпуса 32 насоса и неподвижного скользящего кольца 56 соответственно. Неподвижное переходное кольцо 58 неповоротно закреплено к каналу посредством одного или более винтов или направляющих штифтов, например. Вращение неподвижного скользящего кольца 56 предотвращается посредством по меньшей мере одного направляющего штифта 64, продолжающегося из неподвижного переходного кольца 58 радиально внутрь в продолговатое в осевом направлении отверстие 66 в неподвижном скользящем кольце 56. Отверстие 66 имеет продолговатую форму для обеспечения осевого перемещения неподвижного скользящего кольца 56. Соответствующее сжатие между уплотняющими поверхностями скользящих колец 50 и 56 обеспечивается посредством пружины 68, поджимающей неподвижное скользящее кольцо 56 по направлению к поворотному скользящему кольцу 50. Корпус 32 насоса может быть снабжен каналом 70 для введения промывочной жидкости к уплотнению, если требуется.
[0025] Аналогично вышеприведенному описанию и показанному на Фигуре 2, одинарное механическое уплотнение помимо функционально необходимых компонентов, то есть скользящих колец 50 и 56, пружины 68 и кольцевых уплотнений, имеет два переходных кольца 44 и 58 и по меньшей мере два, возможно несколько направляющих штифтов 52 и 64, которые существенно повышают затраты на изготовление одинарного механического уплотнения. Дополнительно, на этапе установки механического уплотнения они увеличивают объем работ и вероятность ошибок при сборке.
[0026] Фигура 3 схематично изображает пример двойного механического уплотнения вала предшествующего уровня техники. Пример уплотнения с Фигуры 3 является уже улучшенным по сравнению с традиционным способом расположения механического уплотнения, то есть установка механического уплотнения непосредственно в пространство, предназначенное для сальниковой набивки. Левая сторона или сторона рабочего колеса/улитки или половина стороны двойного механического уплотнения вала аналогична описанному на Фигуре 2 до неподвижного переходного кольца 80, в результате чего ее конструкция подробно не описана.
[0027] Теперь, когда рассматривается двойное механическое уплотнение, неподвижное переходное кольцо 80 поддерживает, не только неподвижное скользящее кольцо 56 левой стороны, но часть скользящего кольца 56, которое выполняет функцию опорного кольца 82 неподвижного скользящего кольца 84 правой стороны. Скользящее/опорное кольцо 56/82 расположено неповоротно относительно переходного кольца 80 посредством направляющего штифта/-ов (теперь показаны). Неподвижное переходное кольцо 80 уплотнено посредством кольцевых уплотнений 86 и 88 как к корпусу 90 насоса и опорному кольцу 82 неподвижного скользящего кольца 84 соответственно. Вращение неподвижного переходного кольца 80 предотвращается посредством по меньшей мере одного направляющего штифта 92 или винта. Правая сторона или сторона атмосферы поворотного скользящего кольца 94 поддерживается на валу 96 посредством поворотного переходного кольца 98, которое опирается на уступ 100 на валу 96. Вращение скользящего кольца 94 обеспечивается посредством направляющего штифта/-ов 102 между поворотным скользящим кольцом 94 и переходным кольцом 98. Давление между уплотняющими поверхностями обоих пар скользящих колец обеспечивается пружиной 104, поджимающей неподвижное скользящее кольцо 84 правой или атмосферной стороны к поворотному скользящему кольцу 94 и одновременно неподвижное опорное кольцо 82 влево, так что неподвижное скользящее кольцо 56 левой стороны также прижимается влево к поворотному скользящему кольцу. Соединение между опорным кольцом 82 и скользящим кольцом 56 не показано. Однако возможно опорное кольцо 82 и скользящее кольцо 56 имеют единую конструкцию. Дополнительно корпус 90 насоса снабжен каналом 106 для введения промывочной жидкости в механическое уплотнение, для чего неподвижное переходное кольцо 80 снабжено отверстиями, которые обеспечивают прохождение жидкости между валом 96 и парой механических скользящих колец.
[0028] Как следует из вышеприведенного описания и сопровождающих чертежей и их описания, как одинарное, так и двойное механические уплотнения предшествующего уровня техники имеют множество дополнительных компонентов помимо необходимых компонентов, то есть скользящих колец и пружин. Ясно, что каждый дополнительный компонент увеличивает затраты на изготовление уплотнения. Также ясно, что сборка множества компонентов несет риск возникновения ошибок при сборке. Малый размер компонентов дополнительно увеличивает риск. Также видно, что механические уплотнения предшествующего уровня техники выходят из строя, когда направляющий штифт или штифты ломаются, и неподвижное скользящее кольцо или переходное кольцо начинает вращаться или поворотное скользящее кольцо постепенно перестает поворачиваться. В этом случае существует большой риск того, что повреждаются не только компоненты самого уплотнения, но также начинает изнашиваться корпус насоса и/или вал. В худшем случае, после обнаружения утечки, необходимо заменять или ремонтировать не только механическое уплотнение, но также корпус насоса и/или вал насоса.
[0029] Фигура 4 схематично изображает двойное механическое уплотнение в соответствии с первым предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения. В лучшем случае, описанном на Фигуре 4, механическое уплотнение содержит пять компонентов, если не считать кольцевые уплотнения или соответствующие элементы вспомогательного уплотнения. Другими словами, механическое уплотнение этого варианта выполнения выполнено из первого поворотного скользящего кольца 110, первого неподвижного скользящего кольца 112, второго неподвижного скользящего кольца 114, второго поворотного скользящего кольца 116 и пружины 118, толкающей неподвижные скользящие кольца 112 и 114 друг от друга, то есть по направлению к поворотным скользящим кольцам 110 и 116. Таким образом механическое уплотнение изобретения содержит только те компоненты, которые имеют ясный эффект или функцию при работе уплотнения.
[0030] Второе поворотное скользящее кольцо 116 является осесимметричным, и со стороны атмосферы уплотнения, поддерживается на его опоре, то есть на валу 120 посредством двух уплотнительных колец 122 и 124 (предпочтительно, но необязательно кольцевых уплотнений), расположенных на внутренней периферической поверхности скользящих колец, так что второе поворотное скользящее кольцо 116 держится на уплотнительных кольцах 122 и 124. Второе поворотное скользящее кольцо 116 содержит, аналогично другим скользящим кольцам настоящего изобретения, существующий скользящий уплотняющий элемент и корпус кольца, однако скользящее кольцо может быть полностью изготовлено из материала скользящего уплотняющего элемента. Скользящее кольцо 116 имеет на его внутренней периферической поверхности продолжающийся внутрь уступ 126, который опирается на уступ 126’ на валу 120. Область уступа, то есть область вблизи оси уступов 126 и 126’ обеспечена на внутренней периферической поверхности скользящего кольца при помощи средства 128 для соединения второго поворотного скользящего кольца 116 с валом 120, так что скользящее кольцо 116 вращается с валом 120. Соединение основано на фиксации формой скользящего кольца 116 к валу 120, и будет описано более подробно в отношении Фигур 5a и 5b. Область уступа также может называться областью соединения или областью фиксации формой. Здесь ясно, что уступ 126’ на валу, на который опирается скользящее кольцо 116, может располагаться с любой стороны средства 128 соединения или фиксации формой, то есть на стороне меньшего диаметра вала или на стороне большего диаметра вала. Что касается средства соединения на валу, в соответствии с предпочтительным, но необязательным, вариантом, средство соединения или фиксации формой расположено на или в по существу цилиндрической, то есть продолжающейся в осевом и круговом направлении поверхности, в результате чего само средство соединения или фиксации формой не подвергает скользящее кольцо какому-либо осевому усилию. Однако соединение, то есть фиксация формой между скользящим кольцом и валом, может быть обеспечено любым другим подходящим образом.
[0031] Скользящее кольцо 116 также может поддерживаться на валу немного более простым средством, то есть в некоторых случаях требуется использование одинарного уплотнительного кольца, то есть кольцевого уплотнения 124, на внутренней периферической поверхности скользящего кольца. Назначение одинарного уплотнительного кольца 124 состоит в предотвращении попадания грязи из атмосферы в средство 128 фиксации формой, то есть небольшие зазоры между скользящим кольцом 116 и валом 120. Загрязнения, поступающие в средство фиксации формы, могут образовывать с уплотняющей/смазывающей жидкостью пастообразную среду, которая легко заполняет зазоры и может приводить к склеиванию средства фиксации формой, делая обслуживание уплотнения более сложным, то есть удаление скользящего кольца 116 из вала 120. Что касается позиционирования уплотнительных колец 124 (и 122, если используется) оно/они могут быть расположены в желобе/желобах во внутренней периферической поверхности скользящего кольца 116, но оно/они также могут быть расположены в соответствующем желобе/желобах в валу 120, в результате чего внутренняя периферическая поверхность скользящего кольца снабжена только уплотняющей поверхностью для уплотнительного кольца на стороне средства 128 фиксации формой.
[0032] Второе неподвижное скользящее кольцо 114 уплотнено внутри корпуса 130 насоса в канале 132 для вала 120 посредством уплотнительного кольца 134 (предпочтительно, но необязательно кольцевого уплотнения) на внешней периферической поверхности скользящего кольца 114. Соединение, то есть фиксация 136 формой между вторым неподвижным уплотнительным кольцом 114 и его опорой, то есть корпусом насоса, фиксирующее неповоротный признак неподвижного скользящего кольца 114, описано более подробно в отношении Фигуры 7.
[0033] Первое неподвижное скользящее кольцо 112 уплотнено внутри корпуса 130 насоса в канале 132 посредством уплотнительного кольца 138 (предпочтительно, но необязательно кольцевого уплотнения), расположенного на внешней периферической поверхности скользящего кольца 112. Оно также соединено со вторым неподвижным скользящим кольцом 114 посредством по меньшей мере одного штифта 140, продолжающегося радиально внутрь из второго неподвижного скользящего кольца 114 и вставляющегося в по меньшей мере одно соответствующее отверстие, расположенное в первом неподвижном скользящем кольце 112. Предпочтительно, но необязательно, имеются два штифта, расположенные на противоположных сторонах второго неподвижного скользящего кольца 114, и два отверстия в первом неподвижном скользящем кольце 112, расположенные соответствующим образом противоположно друг другу. Соединение будет описано более подробно в отношении Фигуры 6. Вышеописанное соединение имеет двойное назначение. Во-первых, и наиболее важное, оно поддерживает первое неподвижное скользящее кольцо 112 в физическом взаимодействии со вторым неподвижным скользящим кольцом 114, так что, поскольку второе неподвижное скользящее кольцо 114 не способно вращаться, также не может первое кольцо 112. Во-вторых, соединение, показанное на Фигуре 6, делает возможным фиксацию, если требуется (не всегда необходимо), первого неподвижного скользящего кольца 112 с пружиной 118 в виде одного пакета со вторым неподвижным скользящим кольцом 114. Это облегчает сборку первого поворотного скользящего кольца 110 с рабочим колесом 142, поскольку пружина 118 не способна толкать первое поворотное скользящее кольцо 112 из контакта с уплотнительным кольцом 138. Однако также возможно выполнить неподвижное скользящее кольцо и пружину так, что пружина не толкает внутреннее неподвижное скользящее кольцо полностью из внешнего скользящего кольца. Другими словами, длина в свободном падении пружины выбирается так, что когда пружина расположена свободно между неподвижными скользящими кольцами, внутреннее скользящее кольцо по-прежнему находится внутри внешнего скользящего кольца на некоторое расстояние. Еще один способ удержать неподвижные скользящие кольца и пружину в виде единого пакета состоит в расположении пружины для простого крепления к неподвижным скользящим кольцам.
[0034] Однако здесь ясно, что фиксация неподвижных скользящих колец 112 и 114 друг к другу может быть выполнена некоторыми другими подходящими средствами. Также ясно, что такая фиксация неподвижных скользящих колец не всегда является необходимой, но первое неподвижное скользящее кольцо 112 может быть неповоротно соединено с корпусом 130 насоса в канале 132 при помощи аналогичного средства, как второе кольцо, в результате чего оба неподвижных скользящих кольца непосредственно и независимо друг от друга неповоротно соединены с корпусом насоса. Также возможно, что имеется первое неподвижное скользящее кольцо, которое неповоротно соединен с корпусом насоса, и второе неподвижное скользящее кольцо неповоротно соединено с первым кольцом. В последнем варианте, взаимная фиксация скользящих колец также может быть обеспечена, если требуется, аналогичным образом как описано выше, то есть фиксацией формой, или некоторым другим подходящим средством.
[0035] Первое поворотное скользящее кольцо 110 является осесимметричным и снабжено на его внутренней периферической поверхности продолжающимся изнутри по существу радиальным уступом 146 для упора дополняющей поверхности, то есть уступа 146’ на внешней окружности втулки 144 рабочего колеса 142. Первое поворотное скользящее кольцо 110 поддерживается на его опоре, которая не только выполнена из вала 120, но также из втулки 144 рабочего колеса 142, к уступу 146’ на ней. Первое поворотное скользящее кольцо 110 на его внутренней периферической поверхности уплотнено к втулке 144 посредством уплотнительного кольца 148 (предпочтительно, но необязательно кольцевого уплотнения) и к валу 120 посредством уплотнительного кольца 150 (предпочтительно, но необязательно кольцевого уплотнения), так что первое поворотное скользящее кольцо 110 держится на уплотнительных кольцах. Соединение 152 между втулкой 144 и первым поворотным скользящим кольцом 110 предпочтительно аналогично соединению, описанному на Фигурах 5a, 5b и 7, то есть основано на фиксации формой к внутренней периферической поверхности скользящего кольца. Таким образом ранее приведенное описание, касающееся положения уступа/-ов относительно соединения, также применимо здесь. Что касается средства соединения или фиксации формой на втулке, в соответствии с предпочтительным, но необязательным, вариантом, средство соединения или фиксации формой расположено на или в по существу цилиндрической, то есть продолжающейся в осевом направлении и по окружности, поверхности, в результате чего само средство соединения или фиксации формой не подвергает скользящее кольцо какому-либо осевому усилию. Однако соединение, то есть фиксация формой между скользящим кольцом и валом, может быть обеспечено любым другим подходящим образом.
[0036] Скользящее кольцо 110 также может поддерживаться на валу немного более простым средством, то есть в некоторых случаях требуется использование одинарного уплотнительного кольца, то есть кольцевого уплотнения 148, обеспеченного на его внутренней периферической поверхности. Назначение уплотнительного кольца 148 состоит в предотвращении поступления любых твердых частиц или другой загрязнений в жидкость, подлежащую перекачиванию, в средство 152 фиксации формой, то есть малые зазоры между скользящим кольцом 110 и валом 120. Загрязнения, поступающие в средство 152 фиксации формой, могут образовывать пастообразную среду, которая заполняет зазоры, что может привести к склеиванию средства фиксации формы и усложнению обслуживания уплотнения, то есть удалению скользящего кольца 148 из рабочего колеса. Что касается позиционирования уплотнительного кольца/колец 148 (и 150, если используется), они могут быть расположены в желобе/желобах во внутренней периферической поверхности скользящего кольца 116, как показано, но оно/они также могут быть расположены в a соответствующем желобе/желобах во втулке 144 и валу 120, в результате чего внутренняя периферическая поверхность скользящего кольца снабжена только уплотняющей поверхностью для уплотнительного кольца на стороне средства 152 фиксации формой.
[0037] Сборка механического уплотнения настоящего изобретения происходит следующим образом. Кольцевые уплотнения 122 (если используется) и 124 или соответствующие уплотнительные средства, например манжетные уплотнения, вставляются на место (предпочтительно, но необязательно в их соответствующие желоба) во втором поворотном скользящем кольце 116, и скользящее кольцо упирается на валу 120 в уступ 126’, так чтобы средства 128 соединения или фиксации формой соединились надлежащим образом. Во-вторых, кольцевое уплотнение 134 или соответствующее уплотнительное средство вставляется в желоб, который может быть расположен, как показано на Фигуре 4, в стенке канала 132 для вала в корпусе 130 насоса или на внешней периферической поверхности второго неподвижного скользящего кольца 114. Далее, второе неподвижное скользящее кольцо 114 толкается в его канале 132 в корпусе 130 насоса, так что средства 136 соединения или фиксации формой соединяются надлежащим образом. Затем, пружина 118 вставляется внутрь второго неподвижного скользящего кольца 114, и кольцевое уплотнение 138 или соответствующее уплотнительное средство вставляется в его желоб либо в стенке канала 132 для вала 120 в корпусе 130 насоса (показан на Фигуре 4), либо на внешней периферической поверхности первого неподвижного скользящего кольца 112, после чего первое неподвижное скользящее кольцо 112 может толкаться внутрь второго неподвижного скользящего кольца 114, одновременно сжимая пружину 118. Если используются средства 140 фиксации, они применяются для фиксации первого и второго скользящих колец с пружиной 118. Другими словами, если используется фиксация, показанная на Фигуре 4, первое неподвижное скользящее кольцо 112 толкается внутрь второго кольца 114, так что штифт/-ы второго неподвижного скользящего кольца 114 входит/входят в отверстия в первом кольце 112. Когда штифт/-ы достиг/достигли нижней части отверстия, первое неподвижное скользящее кольцо 112 поворачивается, в результате чего штифт/-ы фиксируют неподвижные скользящие кольца друг к другу. Теперь вал 120 может толкаться внутрь корпуса 130 насоса, или корпус 130 насоса на валу 120. Далее первое поворотное скользящее кольцо 110 снабжается кольцевым уплотнением/-ями 148 и 150 (если используется) или соответствующем уплотнительным средством, хотя уплотнительное средство 148 также может быть расположено в желобе во втулке 144 рабочего колеса 142. После этого первое поворотное скользящее кольцо 110 толкается на втулке 144 рабочего колеса 142, так что средства 152 соединения или фиксации формой соединяются надлежащим образом. После этого рабочее колесо 142 может быть одето на вал 120 и закреплено на нем, в результате чего уплотняющие поверхности скользящих колец прижаты одна к другой. Задавая надлежащим образом взаимное позиционирование уступа 126’ на валу 120 и уступа 146’, к которому крепится рабочее колесо на втулке 144, и длину пружины 118, легко контролировать имеющееся усилие сжатия.
[0038] Фигура 4 дополнительно показывает канал 154 в корпусе 130 насоса и отверстие 156 во втором неподвижном скользящем кольце 114 для подведения промывочной или смазывающей жидкости к полости между валом 120 и скользящими кольцами. Канал 154 может быть соединен с корпусом насоса или улиткой для отведения промывочной жидкости из жидкости, подлежащей перекачиванию, или во внешний источник жидкости, если жидкость, подлежащая перекачиванию, не подходит для использования в качестве промывочной жидкости.
[0039] Фигура 5a схематично изображает первый вариант соединения 128, то есть фиксации формой между валом 120 и вторым поворотным скользящим кольцом, в качестве сечения A-A с Фигуры 4. Здесь показано, что средство 128 соединения расположено перед уступом 126’ на валу 120, на который опирается второе поворотное скользящее кольцо. Средство 128 соединения этого варианта выполнения выполнено из многоугольника, имеющего восемь (хотя может использоваться любое количество более двух) плоских поверхностей 160, расположенных на равных расстояниях на периферической поверхности вала 120. Другими словами, вал 120 имеет, перед уступом 126’, или более обще на стороне уступа, осевую область соединения, имеющую плоские поверхности 160. Действительный размер или сечение вала 120 перед областью соединения показано пунктирным кругом 162. Таким образом ясно, что радиус вала 120, то есть радиус круга 162, перед областью соединения равен или меньше наименьшего расстояния от плоской поверхности 160 до оси вала 120. Для обеспечения надлежащего соединения между вторым поворотным скользящим кольцом и валом 120 внутренняя периферическая поверхность, то есть ее определенная осевая длина, второго поворотного скользящего кольца снабжена конструкцией, аналогичной конструкции на внешней периферической поверхности области соединения вала 120.
[0040] Также следует учитывать, что многоугольник в области соединения может быть заменен комбинацией плоских и периферических поверхностей. Например, возможно расположить только одну плоскую поверхность, покрывающую часть, например 45 градусов, периферической поверхности области соединения и оставить оставшуюся часть области соединения периферической. Естественно может иметься две или более таких плоских поверхностей в комбинации с двумя или более периферическими секциями между ними. Также ясно, что поверхность, отклоняющаяся от периферической поверхности вала в области соединения, необязательно должна быть плоской, но также могут использоваться изогнутые поверхности, например выпуклые, вогнутые или их комбинации. Приемлемым вариантом является более или менее постоянно меняющаяся волнообразная поверхность вала в области соединения.
[0041] Фигура 5b схематично изображает второй вариант соединения 128, то есть фиксации формой между валом 120 и вторым поворотным скользящим кольцом, в качестве сечения A-A с Фигуры 4. Здесь показано, что средство 128 соединения является прямоугольными выступами 164 на валу перед уступом 126’. Форма выступов может быть любой подходящей для этой цели. Другими словами, она может быть треугольной или скругленной, при условии что она точно продолжается за поверхность вала. Также количество выступов 164 может быть любым считающимся подходящим, то есть начиная с одного. Выступы 164 могут продолжаться радиально наружу из поверхности вала перед областью соединения, как показано на Фигуре 5b ссылочной позицией 162, или выступы могут иметь периферическую поверхность основания на несколько большем радиусе, чем радиус вала 120 перед областью соединения (круг 162). Естественно в этом случае, для обеспечения надлежащего соединения или фиксации формой между вторым поворотным скользящим кольцом и валом 120, внутренняя периферическая поверхность второго поворотного скользящего кольца должна быть снабжена конструкцией, дополняющей конструкцию на внешней периферической поверхности области соединения или фиксации формой вала.
[0042] Что касается других соединений, то есть соединения 136 между вторым неподвижным скользящим кольцом 114 и корпусом насоса, и соединения 152 между первым поворотным скользящим кольцом 110 и втулкой 144 рабочего колеса 142, также применимы варианты соединения, описанные выше, а также любой другой подходящий тип фиксации формой.
[0043] Фигура 6 схематично изображает в качестве сечения С-С с Фигуры 4 один альтернативный вариант фиксации первого и второго неподвижных скользящих колец, 112 и 114 соответственно, друг к другу. Как показано на Фигуре 6 и как уже кратко упомянуто в отношении Фигуры 4, второе неподвижное скользящее кольцо 114 снабжено по меньшей мере одним продолжающимся радиально внутрь штифтом 140. Для по меньшей мере одного штифта 140 первое неподвижное скользящее кольцо 112 снабжено по меньшей мере одним по существу осевым пазом 170 и периферическим продолговатым отверстием 172. Фиксация работает так, что при сборке первого и второго неподвижных скользящих колец друг с другом, после размещения пружины между ними, первое неподвижное скользящее кольцо 112 толкается к пружине внутри второго неподвижного скользящего кольца 114, так что штифт 140 (или штифты, если имеется несколько штифтов) входит в паз 170. Первое поворотное скользящее кольцо 112 может быть повернуто, если это требуется, чтобы штифт/-ы совпали с пазом/-ами. Когда штифт/-ы 140 сначала вошел/вошли в паз/-ы 170 и затем в продолговатое/-ые отверстие/-я 172, первое поворотное скользящее кольцо 112 может быть повернуто так, что штифт/-ы 140 достигает/-ют одного конца продолговатого/-ых отверстия/-ий 172, в результате чего два скользящих кольца 112 и 114 фиксируются друг к другу, так что пружина между кольцами не может развести их друг от друга. Естественно ясно, что продолговатое/-ые отверстие/-я необязательно должны иметь две стороны, то есть продолжаться от обеих периферических сторон паза/-ов 170, но отверстие 172 может продолжаться только к одной стороне паза 170. Что касается отверстия, то ясно, что его диаметр в его концевой области больше диаметра штифта, так что неподвижные уплотнительные кольца имеют некоторую степень свободы в осевом направлении, то есть кольца могут перемещаться в осевом направлении для компенсации износа поверхностей скольжения.
[0044] Фигура 7 схематично изображает в качестве сечения В-В с Фигуры 4 как фиксирующий штифт 140 с Фигуры 6, так и один вариант сечения второго неподвижного скользящего кольца 114, используемого в соединении 136 или фиксации формой. Другими словами, теперь внешняя периферическая поверхность второго неподвижного скользящего кольца 114 выполнена из многоугольника, имеющего десять плоских сторон. Естественно, также корпус 130 насоса, то есть канал, окружающий второе неподвижное скользящее кольцо 114, снабжен на его внутренней периферической поверхности соответствующим, дополняющим профилем многоугольника.
[0045] Фигура 8a изображает увеличенный вид в сечении первого поворотного скользящего кольца 110 с Фигуры 4. Первое поворотное скользящее кольцо 110 содержит, как уже упоминалось ранее, корпус 210 и скользящий элемент 212. Два части соединены друг с другом, например, горячей посадкой. Однако возможно изготовить все кольцо 110 из одного материала, то есть материала скользящего элемента 212. Первое поворотное скользящее кольцо 110 является длинной втулкообразной деталью, которая имеет на ее одном осевом конце поверхность 214 скольжения или уплотнения и, в этом варианте выполнения, два периферических желоба 216 и 218 на ее внутренней периферической поверхности 220 для уплотнительных колец, например кольцевых уплотнений. Однако ясно, что когда используется только одно уплотнительное кольцо, желоб 216 является желобом, необходимым для такого одинарного уплотнительного кольца. Поверхность 214 скольжения или уплотнения обычно является радиальной, но также возможен наклон поверхности. Между желобами 216 и 218, внутренняя поверхность 220 имеет уступ 146 и на одной стороне уступа 146 - средство 222 для фиксации формой первого поворотного скользящего кольца 110 на внешней периферической поверхности втулки ротора поточной машины. Форма подходящего средства 222 фиксации формой была уже описана выше, однако, не ограничивая конфигурацию средства фиксации формой описанной конфигурацией. Что касается желобов для уплотнительных колец, они необязательно расположены во внутренней периферической поверхности 214 первого поворотного скользящего кольца 110, но один или оба соответствующих желоб/желоба могут быть расположены, как уже указывалось выше, один (единственный, если используется одинарное уплотнительное кольцо) на втулке ротора и другой на валу поточной машины, если требуется. В обоих случаях можно сказать, в более общих чертах, что внутренняя периферическая поверхность скользящего кольца имеет уплотняющую поверхность 216’ (и 218’, если используется оба уплотнительных кольца) для уплотнительного кольца, то есть поверхность, обращенную к втулке или валу и взаимодействующую с уплотнительным кольцом, когда уплотнение собрано на валу и/или втулке. На Фигуре 8a уплотняющими поверхностями 216’ и 218’ являются нижние поверхности желобов 216 и 218. Здесь уплотняющие поверхности расположены с обеих сторон средства фиксации формой.
[0046] Фигура 8b изображает увеличенный вид в сечении первого неподвижного скользящего кольца 112 с Фигуры 4. Первое неподвижное скользящее кольцо 112 содержит корпус 230 и скользящий элемент 232. Два части соединены друг с другом, например, горячей посадкой. Однако возможно изготовить все кольцо 112 из одного материала, то есть материала скользящего элемента 232. Первое неподвижное скользящее кольцо 112 является длинной втулкообразной деталью, которая имеет на ее одном осевом конце поверхность 234 скольжения или уплотнения, и на ее конце, противоположном поверхности скольжения, осевой паз 170 и периферическое продолговатое отверстие 172 для соединения первого и второго неподвижных скользящих колец друг с другом. Поверхность 234 скольжения или уплотнения обычно является радиальной, но также возможен наклон поверхности, при условии что ее ответная поверхность, то есть поверхность 214 скольжения или уплотнения поворотного кольца 110, имеет дополняющий наклон. Как уже указывалось ранее, внешняя периферическая поверхность первого неподвижного скользящего кольца 112 для уплотнения может быть снабжена периферическим желобом вместо желоба и уплотнительного средства 138 с Фигуры 4, расположенным в стенке канала 132. В любом случае, внешняя окружность первого неподвижного скользящего кольца 112 снабжена уплотняющей поверхностью, взаимодействующей с уплотнительным кольцом после установки вала и уплотнения в корпус 130 насоса.
[0047] Фигура 8c изображает увеличенный вид в сечении второго неподвижного скользящего кольца 114 с Фигуры 4. Второе неподвижное скользящее кольцо 114 содержит корпус 240 и скользящий элемент 242. Два части соединены друг с другом, например, горячей посадкой. Однако возможно изготовить все кольцо 114 из одного материала, то есть материала скользящего элемента 242. Второе неподвижное скользящее кольцо 114 является длинной втулкообразной деталью, которая имеет на ее одном осевом конце поверхность 244 скольжения или уплотнения, и на ее конце, противоположном поверхности 244 скольжения, по меньшей мере один продолжающийся радиально внутрь штифт 140 для соединения первого и второго неподвижных скользящих колец друг с другом, путем взаимодействия с по меньшей мере одним пазом и отверстием в первом неподвижном скользящем кольце, показанном на Фигуре 8b. Поверхность 244 скольжения или уплотнения обычно является радиальной, но также возможен наклон поверхности. Внешняя периферическая поверхность второго неподвижного скользящего кольца 114 для уплотнения может быть снабжена периферическим желобом вместо желоба и уплотнительного средства 134 с Фигуры 4, расположенным в стенке канала 132. В любом случае, внешняя окружность второго неподвижного скользящего кольца 114 снабжена уплотняющей поверхностью, взаимодействующей с уплотнительным кольцом после установки вала и уплотнения в корпус 130 насоса.
[0048] Внешняя периферическая поверхность 246 второго неподвижного скользящего кольца 114 снабжена средством 248 для фиксации формой второго неподвижного скользящего кольца 114 к каналу для вала поточной машины, причем канал обеспечен в корпусе поточной машины. Конструкция и форма средства 248 фиксации формой были подробно описаны выше. Второе неподвижное скользящее кольцо 114 также снабжено отверстием 156 для введения промывочной жидкости в пространство между механическим уплотнением и валом поточной машины.
[0049] Фигура 8d изображает увеличенный вид в сечении второго поворотного скользящего кольца 116 с Фигуры 4. Второе поворотное скользящее кольцо 116 содержит корпус 260 и скользящий элемент 262. Два части соединены друг с другом, например, горячей посадкой. Однако возможно изготовить все кольцо 116 из одного материала, то есть материала скользящего элемента 262. Второе поворотное скользящее кольцо 116 является длинной втулкообразной деталью, которая имеет на ее одном осевом конце поверхность 264 скольжения или уплотнения и, в этом варианте выполнения, два периферических желоба 266 и 268 на ее внутренней периферической поверхности 270 для уплотнительных колец, например кольцевых уплотнений. Однако ясно, что когда используется только одно уплотнительное кольцо, желоб 266 является желобом, необходимым для такого одинарного уплотнительного кольца. Поверхность 264 скольжения или уплотнения обычно является радиальной, но также возможен наклон поверхности, при условии что ее ответная поверхность, то есть поверхность 244 скольжения или уплотнения второго поворотного кольца 114, имеет дополняющий наклон. Между желобами 266 и 268, внутренняя периферическая поверхность 270 имеет уступ 126 и на одной стороне уступа 126 - средство 272 для фиксации формой второго поворотного скользящего кольца 116 на валу поточной машины. Подходящая форма средства 272 фиксации формой была уже описана выше, однако, не ограничивая конфигурацию средства фиксации формой описанной конфигурацией. Что касается желобов для уплотнительных колец, они необязательно расположены на внутренней периферической поверхности 270 второго поворотного скользящего кольца 116, но один или оба соответствующих желоб/желоба могут быть расположены, как уже описано выше, на валу поточной машины, если требуется. В обоих случаях можно сказать, в более общих чертах, что внутренняя периферическая поверхность скользящего кольца имеет уплотняющую поверхность 266’ (и 268’, если используется оба уплотнительных кольца) для уплотнительного кольца, то есть поверхность, обращенную к втулке или валу и взаимодействующую с уплотнительным кольцом, когда уплотнение собрано на валу и/или втулке. На Фигуре 8a уплотняющими поверхностями 266’ и 268’ являются нижние поверхности желобов 266 и 268. Здесь уплотняющие поверхности расположены с обеих сторон средства фиксации формой.
[0050] Фигура 9a - частичный вид двойного механического уплотнения в соответствии со вторым предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения. Фигура 9a показывает вал 120 и втулку 144 рабочего колеса центробежного насоса и первое и второе поворотные скользящие кольца 310 и 360, расположенные на втулке 144 и на валу 120.
[0051] Отличие между первым вариантом выполнения и вторым вариантом выполнения состоит в способе поддержки поворотных скользящих колец в осевом направлении. В первом варианте выполнения, поворотные скользящие кольца 110 и 116 опираются в осевом направлении на уступы 146’ и 126’, расположенные на втулке 144 и на валу 120 на Фигуре 4. Другими словами, сами скользящие кольца опираются на уступы. Во втором варианте выполнения, скользящие кольца 310 и 360 снабжены уплотнительными кольцами 350 и 322, посредством которых поворотные скользящие кольца 310 и 360 выполнены с возможностью опоры на уступы 146’ и 126’ втулки 144 и вала 120 соответственно.
[0052] Фигуры 9b и 9c изображают более подробно конструкцию первого и второго поворотных скользящих колец 310 и 360. Конструкция скользящих колец очень схожа с конструкцией описанных ранее вариантов выполнения. Теперь единственное отличие находится на внутренней периферической поверхности 320 и 370 скользящих колец 310 и 360 и состоит в глубине желобов 318 и 368 относительно средств 322 и 372 фиксации формой. Теперь когда уплотнительные кольца 350, 322, предпочтительно, но необязательно кольцевые уплотнения, выполнены с возможностью размещения, когда скользящие кольца 310, 360 установлены или собраны на валу 120, между уступами 324, 374 на внутренней окружности скользящих колец 310, 360 и уступами 146’, 126’ втулки 144 и вала 120 соответственно, причем глубина желоба 318, 368 требуется только для поддержания уплотнительных колец 350, 322 в их положениях во время установки скользящих колец 310, 360 на вал 120. Вновь, аналогично описанному ранее варианту выполнения, уплотнительные кольца могут быть расположены в соответствующих неглубоких желобах на валу, так что, когда скользящие кольца собраны на валу, уплотнительные кольца зажаты между скользящими кольцами и уступами. В обоих случаях можно сказать, в более общих чертах, что внутренние периферические поверхности 320 и 370 скользящих колец 310 и 360 имеют уплотняющие поверхности 316’ и 366’ (и 318’ и 368”, если используются оба уплотнительных кольца) для уплотнительных колец, то есть поверхности, обращенные к втулке и/или валу и взаимодействующие с уплотнительными кольцами, когда уплотнение собрано на валу и/или втулке. На Фигурах 9b и 9c уплотняющими поверхностями 316’, 318’, 366’ и 368’ являются нижние поверхности желобов 316, 318, 366 и 368. Здесь уплотняющие поверхности расположены с обеих сторон средств 322 и 372 фиксации формой.
[0053] Фигура 10a - частичный вид двойного механического уплотнения в соответствии с третьим предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения. Фигура 10a показывает вал 120 и втулку 144 рабочего колеса центробежного насоса и первое и второе поворотные скользящие кольца 410 и 460, расположенные на втулке 144 и на валу 120.
[0054] Отличие между первым вариантом выполнения и третьим вариантом выполнения состоит в способе поддержки поворотных скользящих колец в осевом направлении. В первом варианте выполнения, поворотные скользящие кольца 110 и 116 опираются в осевом направлении на уступы 146’ и 126’, расположенные на втулке 144 и на валу 120 на Фигуре 4. В третьем варианте выполнения, уплотнительные кольца 450 и 422 поворотных скользящих колец выполнен с возможностью опоры на уступы 146” и 126” втулки 144 и вала 120 соответственно.
[0055] Фигуры 10b и 10c изображают более подробно конструкцию первого и второго поворотных скользящих колец 410 и 460. Конструкция скользящих колец очень схожа с конструкцией описанных ранее вариантов выполнения. Теперь главное отличие состоит в размещении желобов 418 и 468 на внутренних периферических поверхностях 420 и 470 скользящих колец 410 и 460 соответственно относительно средств 422 и 472 фиксации формой. Желоба 418 и 468 обеспечены на внутренних периферических поверхностях 420 и 470 скользящих колец для уплотнительных колец 450 и 422 соответственно. Теперь, когда уплотнительные кольца 450, 422, предпочтительно, но необязательно кольцевые уплотнения, выполнены с возможностью расположения, когда скользящие кольца 410, 460 установлены на вал 120, между уступами 424, 474 на внутренней окружности скользящих колец 410, 460 и уступами 146”, 126” втулки 144 и вала 120 соответственно, желоба 418, 468 расположены с той же сторона от средств 422 и 472 фиксации формой при сравнении с описанным ранее вариантом выполнения с Фигур 9a-9c. Вновь, как также в описанном ранее варианте выполнения, уплотнительные кольца 450 и 422 могут быть расположены в соответствующих неглубоких желобах на валу, так что, когда скользящие кольца собраны на валу/втулке, уплотнительные кольца зажаты между скользящими кольцами и уступами. В обоих случаях можно сказать, в более общих чертах, что внутренние периферические поверхности 420 и 470 скользящих колец 410 и 460 имеют уплотняющие поверхности 416’ и 466’ (и 418’ и 468”, если используются оба уплотнительных кольца) для уплотнительных колец, то есть поверхности, обращенные к втулке и/или валу и взаимодействующие с уплотнительными кольцами, когда уплотнение собрано на валу и/или втулке. На Фигурах 10b и 10c уплотняющими поверхностями 416’, 418’, 466’ и 468’ являются нижние поверхности желобов 416, 418, 466 и 468. Здесь обе уплотняющие поверхности расположены с одной стороны средств 322 и 372 фиксации формой.
[0056] Преимущество поддержки поворотных скользящих колец способом, описанным выше на Фигурах 9a-10c, состоит в том, что уплотнительные кольца, предпочтительно кольцевые уплотнения, воспринимают осевую нагрузку, которой подвергаются скользящие кольца, в результате чего небольшие угловые отклонения в ориентации скользящих колец, вызванные изгибом вала, например, могут быть поглощены уплотнительными кольцами, так что на скользящие кольца не действуют чрезмерные нагрузки. Ясно, что для осуществления такого типа функционирования, следует оставить осевые зазоры между скользящими кольцами 310/410 и втулкой 144, так что уплотнительное кольцо 350/450 имеет пространство для сжатия в осевом направлении. Аналогичным образом, небольшие зазоры должны быть оставлены между скользящими кольцами 360/460 и уступом на валу 120, так что уплотнительное кольцо 322/422 имеет пространство для сжатия в осевом направлении.
[0057] Ввиду вышеприведенных различных соединений и средств 128, 136 и 152 фиксации формой ясно, что может использоваться фиксация формой любого типа, расположенная между валом и элементом, соединяемым с ним, способная предотвращать вращение элемента на валу. В этом смысле, под фиксацией формой понимают соединение между двумя элементами путем непосредственного механического контакта между элементами, то есть без каких-либо отдельных штифтов или шпонок. Также ясно, что использование фиксации формой может применяться не только в отношении соединения скользящих колец двойного механического уплотнения, но также соединения колец одинарного механического уплотнения. Таким образом, в качестве четвертого предпочтительного варианта выполнения настоящего изобретения пары скользящих колец левой стороны с Фигуры 4 может считаться одинарное механическое уплотнение, как показано на Фигурах 11a и 11b.
[0058] Фигура 11a изображает одинарное механическое уплотнение в соответствии с первым предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения. Как указано выше, одинарное механическое уплотнение по изобретению по существу аналогично уплотнению левой стороны двойного механического уплотнения с Фигуры 4. Другими словами, одинарное механическое уплотнение содержит поворотное скользящее кольцо 510, поддерживаемое на втулке 144 и на валу 120 посредством уплотнительного средства, предпочтительно кольцевых уплотнений, неподвижное скользящее кольцо 512, поддерживаемое внутри канала 132 корпуса 130 посредством кольцевого уплотнения 138, пружину 518 и горловое кольцо 514. Горловое кольцо 514 прикреплено к корпусу 130. Другими словами, оно может быть снабжено наружной резьбой, соответствующей внутренней резьбе на поверхности канала 132, или оно может быть ввинчено или привинчено к корпусу 130 посредством некоторого количества радиальных винтов. Горловое кольцо имеет продолжающуюся радиально внутрь часть, на которую опирается один конец пружины 518. Противоположный конец пружины опирается на торцевую поверхность неподвижного скользящего кольца 512. Тот же конец неподвижного скользящего кольца 512 снабжен по меньшей мере одним пазом и отверстием для по меньшей мере одного штифта 520, продолжающегося радиально внутрь из горлового кольца 514. Таким образом поворотное и неподвижное скользящие кольца 510 и 512 могут быть аналогичны кольцам, описанным на Фигурах 8a и 8b. Также соединение неподвижного скользящего кольца 512 с горловым кольцом 514 аналогично соединению, описанному в отношении Фигуры 6. Одинарное механическое уплотнение с Фигуры 11a может быть снабжено отражательным кольцом 516, которое расположено на валу 120 посредством кольцевых уплотнений, то есть образом, аналогичным второму поворотному скользящему кольцу 516 с Фигуры 4. Назначение отражательного кольца состоит в защите подшипников насоса или поточной машины от возможно протекающей жидкости. Другими словами, поворотное кольцо выбрасывает жидкость радиально наружу, в результате чего жидкость не способна вытечь из подшипников и вызывает выход из строя подшипника.
[0059] Фигура 11b изображает одинарное механическое уплотнение в соответствии с четвертым предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения. Фактически одинарное механическое уплотнение с Фигуры 11b аналогично уплотнению на Фигуре 11a, за исключением того что горловое кольцо 514 с Фигуры 11a заменено на радиальный внутренний выступ 522 в канал 132 корпуса 130. Посредством радиального выступа 522 устраняется одно отдельное кольцо с резьбой или винтами/болтами, необходимое для крепления кольца. Также по меньшей мере один штифт 524, взаимодействующий с по меньшей мере одним пазом и по меньшей мере одним отверстием в неподвижном скользящем кольце 512, обеспечен в стенке канала 132 для фиксации формой неподвижного скользящего кольца внутри канала 132.
[0060] Также ясно, что одинарное механическое уплотнение также может быть выполнено, используя второй и третий варианты выполнения настоящего изобретения в качестве отправной точки, то есть размещение осевой опоры скользящего кольца посредством уплотнительного кольца между по существу радиальными уступами как на скользящем кольце, так и на втулке ротора.
[0061] Как видно из вышеприведенного описания, возможно разработать скользящее кольцевое уплотнение, которое имеет очень простую конструкцию, и при этом способно выполнять свое назначение, а также любое другое намного более сложное механическое уплотнение. Механическое уплотнение настоящего изобретения менее дорогостоящее и требует меньше пространства, чем уплотнения предшествующего уровня техники. Поэтому возможно использовать двойное механическое уплотнение во всех применениях, где используются уплотнения типа сальниковая набивка или одинарные механические уплотнения. Риск выбора неверного уплотнения, поскольку это уплотнение является наиболее экономически эффективным, теперь устранен. Несмотря на то что настоящее изобретение было описано здесь посредством примеров в отношении того, что в настоящее время считается наиболее предпочтительными вариантами выполнения, ясно, что изобретение не ограничено раскрытыми вариантами выполнения, но охватывает различные комбинации и/или модификации его признаков и другие применения в пределах объема изобретения, определенного в пунктах прилагаемой формулы изобретения. В отношении прилагаемой формулы изобретения ясно, что пункты формулы изобретения используют слово «корпус», которое охватывает все элементы, части, кожухи или крышки кожухов, под которыми в целом понимаются точки приложения, к которым скользящее кольцевое уплотнение подлежит креплению.
Реферат
Изобретение относится к торцовому уплотнению. Устройство включает новый тип скользящего кольца (110, 112, 114, 116) и механическое уплотнение, так называемое скользящее кольцевое уплотнение предназначено, например, для уплотнения пространства вала центробежного насоса относительно его нагнетающего пространства. В устройстве раскрыто соединение упомянутого механического уплотнения с корпусом (130), валом (120) и ротором (142) поточной машины. Изобретение повышает надежность торцевого уплотнения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 20 ил.
