ВИНТОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА Российский патент 1995 года по МПК F16J15/44 

Изобретение относится к технике герметизации, а именно к бесконтактным уплотнениям винтового типа для вращающихся валов.

Известно устройство, содержащее установленный в корпусе уплотнительный элемент в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей вал с радиальным зазором и установленной с упором своими торцами в фиксирующий элемент корпуса и упорный элемент, втулку из эластичного материала, установленную герметично в корпусе и контактирующую с наружной поверхностью пружины. В корпусе выполнена концентрично валу кольцевая полость, сообщенная с системой подачи управляющего давления. Упорный элемент выполнен в виде подпружиненного поршня, размещенного в кольцевой полости корпуса [1]
Устройство сложно конструктивно и имеет увеличенные радиальные размеры, обусловленные наличием кольцевой полости в корпусе.

Прототипом изобретения является винтовое уплотнение, содержащее расположенный в расточке корпуса и охватывающий с зазором вал винтообразный уплотнительный элемент, выполненный из эластичного материала и установленный с упором одним концом в торец расточки корпуса, а другим в ограничительный фланец, при этом внутри винтообразного уплотнительного элемента выполнена полость, глухая с одной стороны и сообщенная с источником управляющего давления с другой стороны [2]
Устройство не позволяет регулировать эффективность герметизации.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка устройства, позволяющего повысить эффективность герметизации при переменных режимах работы и в процессе эксплуатации, а также расширить область применения, создать возможность регулирования эффективности герметизации.

Достигается указанный технический результат тем, что в известном винтовом уплотнении вала, содержащем расположенный в расточке корпуса и охватывающий с зазором вал винтообразный уплотнительный элемент, выполненный из эластичного материала и установленный с упором одним концом в торец расточки корпуса, а другим в ограничительный фланец, при этом внутри винтообразного уплотнительного элемента выполнена полость, глухая с одной стороны и сообщенная с источником управляющего давления с другой стороны, профиль винтообразного уплотнительного элемента выполнен эллиптической формы, причем наибольший размер его сечения ориентирован в плоскости, проходящей через ось вала, и расположен параллельно этой оси, кроме того, источник управляющего давления выполнен регулируемым.

Выполнение уплотнительного элемента с профилем, отличным от окружности и ориентированным в пространстве таким образом, что проекция наибольшего размера сечения плоскостью, проходящей через ось вала, параллельна этой оси, позволяет получить максимальный эффект, т.к. помимо растяжения полой трубы от давления возникает еще один фактор, обеспечивающий дополнительное прижатие по радиусу к проточке корпуса и к валу. В предложенной конструкции указанный фактор (эффект Бурдона) играет положительную роль (Феодосьев В.И. Избранные задачи и вопросы по сопротивлению материалов. М. Наука, 1967, с. 65 и 339, задача 166).

Спиральный уплотнительный элемент выполнен из эластичного материала, например резины. Это приводит к тому, что при подводе внутрь уплотнительного элемента давления от возникающей нагрузки (гидростатика) увеличиваются все размеры уплотнительного элемента: зазоры между уплотнительным элементом, расточкой корпуса и валом уменьшаются (может быть натяг), общая длина уплотнительного элемента увеличивается. В связи с тем, что уплотнительный элемент с обеих сторон ограничен проточкой корпуса и фланцем, он может потерять устойчивость, могут возникнуть искажения формы уплонительного элемента. Поскольку предложено винтовое бесконтактное уплотнение, последнее обстоятельство означает изменение геометрии винта и, следовательно, его эффективности как уплотнения. Степень этого эффекта может регулироваться, что отражено в изобретении.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, продольный разрез.

В корпусе 1 выполнена цилиндрическая проточка 2, охватывающая вал 3. В проточке 2 установлен, например, с контактом по цилиндрической поверхности 4 проточки 2 уплотнительный элемент, выполненный из эластичного материала, причем профиль его отличается от окружности, выполнен эллиптической формы и ориентирован в пространстве таким образом, что проекция наибольшего размера сечения плоскостью, проходящей через ось вала, параллельна этой оси. Шланг 5 установлен с упором в торец 6 проточки 2 своим глухим концом 7, а с противоположной стороны ограничен в осевом направлении фланцем 8. Этот конец шланга герметизирован относительно корпуса 1 известным способом, например при помощи прокладки 9, выведен посредством штуцера 1 и подключен к источнику управляющего давления газа или жидкости, выполненному регулируемым. Система подвода давления в шланг 5 на чертеже не показана, она может состоять из известных элементов (баллон сжатого газа, редуктор, манометр, запорный орган, трубопровод и др.).

Уплотнение работает следующим образом.

При подводе давления во внутреннюю полость шланга 5 через штуцер 10, превышающего уровень давления вне шланга 5, т.е. в проточке 2, под действием перепада давления поперечное сечение шланга 5 и другие его размеры увеличиваются благодаря изготовлению его из эластичного материала. Вследствие этого радиальный зазор между шлангом 5, проточкой 2 и валом 3 уменьшается. Кроме того, наличие торца 6 и фланца 8 препятствуют увеличению осевых размеров шланга 5, что приводит к искажению его винтообразной формы (короблению). Это обстоятельство способствует дополнительной турбулизации потока герметизируемой среды через уплотнение.

Указанные факторы способствуют увеличению гидравлического сопротивления протеканию среды через уплотнение, повышению эффективности герметизации. Возможность подачи различного по величине управляющего давления в шланг 5 позволяет регулировать эффективность работы устройства при изменении режима работы машины, например оборотов вала или давления герметизируемой среды, а также в процессе длительной эксплуатации, если эффективность уплотнения снижается, т.е. возможности применения устройства расширяются.

Использование: для герметизации вращающихся валов. Сущность изобретения: винтообразный элемент, расположенный в расточке корпуса и охватывающий с зазором вал, выполнен из эластичного материала и установлен с упором одним концом в торец расточки, другим - в ограничительный фланец. Внутри элемента выполнена полость, глухая с одной стороны и сообщенная с источником управляющего давления с другой стороны. Профиль элемента выполнен эллиптической формы, наибольший размер его сечения ориентирован в плоскости, проходящей через ось вала, и расположен параллельно оси. Источник давления выполнен регулируемым. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ВИНТОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА, содержащее расположенный в расточке корпуса и охватывающий с зазором вал винтообразный уплотнительный элемент, выполненный из эластичного материала и установленный с упором одним концом в торец расточки корпуса, а другим в ограничительный фланец, при этом внутри винтообразного уплотнительного элемента выполнена полость, глухая с одной стороны и сообщенная с источником управляющего давления с другой стороны, отличающееся тем, что профиль винтообразного уплотнительного элемента выполнен эллиптической формы, причем наибольший размер его сечения ориентирован в плоскости, проходящей через ось вала, и расположен параллельно этой оси. 2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что источник управляющего давления выполнен регулируемым.