Рассмотрен анализ конструкций и принцип работы бесконтактных эжекторных уплотнений валов роторных машин, вентиляторов, печей аэродинамического нагрева, воздуходувок, турбоком-прессоров газоперекачивающих агрегатов и других нагнетательных машин. Показан принципиально новый вид бесконтактного эжекторного уплотнения, повышающего его эффективность при изменении направления вращения вала и исключающего трение и искрообразование между уплотнительными поверхностями при работе роторной машины
вал, вакуум, зазор, реверсивное вращение, ротор, уплотнение, управление, эжектор
Эжекторные бесконтактные уплотнения валов роторных машин широко известны, например [1] при создании перепада давления технологических сред с помощью эжектора. При уплотнении вала возникает утечка среды, поэтому ее из уплотнения направляют в зону низкого давления, а затем – в сборники, что снижает эффективность уплотнения. Бесконтактный способ уплотнения вала роторной машины [2] осуществлен путем образования каверн, выполненых в виде радиальных цилиндрических впадин и расположенных под различными углами относительно оси вала. Уплотнение содержит корпус и размещенный с радиальным зазором вал с одним или несколькими выполненными на его наружной поверхности желобами. Желобы образуют с корпусом гидравлический тракт с зонами сужения и расширения потока уплотняющей среды и образованием ряда последовательно размещенных на поверхности вала изолированных друг от друга каверн. Каверныобразуются в виде радиальных цилиндрических впадин разнящихся формой или объемом, или располагаются под различными углами относительно оси вала. При этом в лабиринтном и винтовом уплотнении поток в желобах изменяет направление течения, испытывает воздействие стенок желоба, происходит образование вихрей, локальные кавитационные явления, интенсивная турбулизация потока. Турбулизация потока, как известно, связана с потерей энергии увеличением гидравлического сопротивления тракта. Добавляются также центробежные эффекты, поскольку перемычки между кавернами действуют подобно лопаточной машине. Порции рабочей среды выбрасываются из каверн в зазор между корпусом и валом, способствуя увеличению турбулизации потока. Однако, каверны образуются только со стороны нагнетания рабочего колеса, а со стороны низкого давления каверны не обеспечивают уплотнения вала роторной машины, что снижает эффективность уплотнения при изменении направления вращения вала роторной машины.
Бесконтактное эжекторное уплотнение вала роторной машины и устройство для его осуществления [3] содержит установленные на валу двухступенчатые уплотнения, между ступенями которых расположены уравнительные камеры, соединенные между собой уравнительной линией, линию подачи газа в камеры между уплотнениями и регулятор перепада давления, а также линии отвода утечек на которых установлены ограничители расхода и сигнализаторы повышения давления, дополнительно установлен клапан аварийного сброса газа, который соединен с уравнительными камерами, привод клапана соединен с сигнализаторами повышения давления, а полость регулятора перепада давлений соединена с уравнительными камерами уплотнения отдельным трубопроводом. Этот способ при изменении направления вращения вала роторной машины не дает возможности повысить эффектив-ность уплотнения вала и со стороны нагнетания рабочего колеса, и с внешней стороны уплотнения, а также имеет сложную конструкцию узла уплотнения.
Бесконтактное эжекторное уплотнение роторной машины при реверсивном вращении вала [4] основано на создании эжектрования при увеличении скорости и развороте потока в направлении от уплотняемого зазора между корпусом и валом. В этом случае образуется каверна, которая способствует понижению давления в зоне ее соприкосновения со стенкой вследствие увеличения скорости за счет уменьшения поперечного сечения потока в этой зоне [5]. При изменении направления вращения вала роторной машины поток подают через сужающуюся камеру под давлением через регуляторы давления, а из камеры поток разворачивают в зазор между диском ротора и задней стенкой кожуха.
Общий вид уплотнения вала роторной машины показан на рисунке 1, вращение вала по часовой стрелке – на рисунке 2, против часовой стрелки – на рисунке 3. Уплотнение содержит кольцевую сужающуюся камеру, которая кольцевым каналом выходит в торцовый зазор между диском рабочего колеса и кожухом. Заборник регуляторами давления соединен с кольцевой камерой правым и левым патрубками. В правой и левой канавках зазора установлены датчики давления и разрежения, соединенные с входом блока управления, а на его выходе - через усилители с управляющими входами регуляторов давления. Стрелками Е, С и D показан ход потоков. Направление вращения вала отслеживается блоком управления. Если вал вращается по часовой стрелке, то управляющий сигнал подается на правый регулятор давления, если против часовой стрелки – на левый регулятор давления. При работе роторной машины поток сжимается рабочим колесом и подается потребителю. Часть потока заборником подается на вход регуляторов давления, а с их выходов под давлением подается, либо в правый, либо в левый патрубки кольцевой камеры.При вращении вала роторной машины по часовой стрелке, поток подается в коль
|
цевую камеру правым регулятором давления (рисунок 1) через правый патрубок, закручивается по часовой стрелке (рисунок 2), сжимается и разворачивается на радиальное направление по стрелке Е. Радиальное движение потока Е вызывает эжектирующий эффект в зоне С, где в зазоре между валом и корпусом создается разрежение и подсасывание атмосферного воздуха (стрелка D), противодействующего утечке рабочей среды. Одновременно с этим разрежением в правой
|
|
|
канавке,а затем и в левой канавке создаются отрицательные сигналы, которые датчиками разрежения передаются на блок управления и суммируются. Блоком управления через усилитель подается сигнал на частичное перекрытие правого регулятора и снижение давления в кольцевой камере, вызывающего снижение эжектирующего эффекта в зоне С и перетекание потока из пространства Е в зону С, создавая в ней давление, вследствие чего в правой канавке, а затем и в левой канавке создаются положительные сигналы, которые датчиками давления передаются на блок управления и суммируются. Блоком управления через усилитель подается сигнал на частичное открытие правого регулятора на повышение давления в кольцевой камере, которое вновь повышает эжектирующий эффект в зоне С и создает разрежение в зазоре между валом и корпусом, не давая потоку выходить в атмосферу. Если вал роторной машины вращается против часовой стрелки, то поток в кольцевую камеру подается левым регулятором давления через левый патрубок и закручивается против часовой стрелки (рисунок 3), а уплотнение вала осуществляется также, как и при вращении вала по часовой стрелке.
Предложенное бесконтактное эжекторное уплотнение дает возможность обеспечить эффективность уплотнения при изменении направления вращения вала, исключает трение и искрообразование между поверхностями герметизируемого канала при работе роторной машины.
1. Скаскевич А.А. Основы герметологии: тексты лекций / А.А. Скаскевич, В.А. Струк. – Гродно: ГрГУ, 2010. – 140 с. ISBN 978-985-515-359-8.
2. Патент № 2129670 Российская Федерация, МПК F04D 29/08, F16J 15/44 (1995.01). Бесконтактное уплотнение вала : №97106260/06 : заявл. 17.04.1997 : опубл. 27.04.1999 / Голубев Г.А., Добрынин А.Н., Дюжев Г.С. и др. ; заявитель НПЭ Энергомаш им. акад. В.П. Глушко. – 4 с. : ил. – Текст : непосредственный.
3. Патент № 2357106 Российская Федерация, МПК F04D 29/10 (2006.01). Система уплотнений турбокомпрессора : № 2007144403/06 : заявл. 29.11.2007: опубл. 27.05.2009 / Пшик В.Р., Емельяненко Е.И., Харин М.Ю. и др. ; заявитель ОАО "Сумское машиностроительное научно-производственное объединение имени М.В. Фрунзе". – 7 с. : ил. – Текст : непосредственный.
4. Патент № 2808544 Российская Федерация, МПК F04D 29/10 (2006.01). Способ бесконтактного эжекторного уплотнения вала роторной машины и устройство для его осуществления : № 2023114892 : заявл. 06.06.2023 : опубл. 29.11.2023 / Черепанов А.П. ; заявитель АнГТУ. – 12 с. : ил. – Текст : непосредственный.
5. Чупраков Ю.И. Гидропривод и средства гидроавтоматики: Учебное пособие для вузов по специальности «Гидропривод и гидроавтоматика». М. Машиностроение, 1979-232 с.: ил. – Текст : непосредственный.
