УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА Российский патент 1995 года по МПК F16J15/32 

Изобретение относится к уплотнительной технике.

Известно устройство, которое имеет многоступенчатую организацию понижения внешнего давления за счет независимых полостей, организованных концентрическими канавками корпусов уплотнения вала, в которых установлены уплотнительные кольца, и диск, установленный на валу, контактирующий с уплотнительными кольцам и разделяющий полости высокого и низкого давлений. Каждая из концентрических канавок корпуса уплотнения вала имеет свой независимый друг от друга объем, который, в свою очередь, через редукционный клапан соединен с внешней средой. Редукционный клапан срабатывает при определенном, заранее подобранном давлении [1]
В данном устройстве есть ряд недостатков, которые особенно сильно проявляются при использовании его в жидкой агрессивной среде под большим гидростатическим давлением, меняющим свой уровень в больших пределах как в сторону увеличения, так и уменьшения. Поскольку первая от вала концентрическая канавка, а также последовательно все остальные концентрические канавки имеют сообщение с внешней средой через клапан, возникают неблагоприятные условия для металлоконструкции как в целом, так и для диска вала. Контакт с внешней агрессивной средой приведет диск вала к быстрому коррозированию, а следовательно, к увеличению абразивности контактирующих с уплотнительными кольцами поверхностей и быстрому выходу уплотнения вала из строя.

Ввиду того, что система клапанов работает в одном направлении перепуска, при снижении внешнего давления не происходит самопроизвольный сброс давления в концентрических канавках из-за отсутствия обратного перепуска клапанов, а следовательно, не снижается прижимающее усилие на уплотнительные кольца уплотнительного устройства. Большие перепады внешнего давления, а тем более если оно гидростатическое и достигает нескольких сотен атмосфер, приведут к немедленному поврежде- нию уплотнительных колец.

Цель изобретения повышение долговечности работы вала вращения путем повышения надежности герметизации вала.

Цель достигается путем дискретного понижения вдоль вала вращения действия внешнего гидростатического давления со стороны его действия к защищаемому объему. Это дает возможность на каждой ступени понижения давления снизить нагрузку на каждый в отдельности уплотнительный герметизирующий элемент и создать благоприятные условия их работы, за счет чего повысится долговечность работы уплотнительного устройства в целом. При таком подходе появляется возможность решить проблему герметизации валов вращения подводных аппаратов, работающих на больших глубинах, что увеличит их автономность самоперемещения.

На фиг.1 показано устройство в разрезе; на фиг.2 уплотнительный узел.

Уплотнение вала представляет собой встроенные в тело подводного аппарата 1 и наклоненные нейтральной средой 2 полости между уплотнительными узлами 3, контактирующими с валом 4 вращения по посадке скольжения. Полости располагаются вдоль продольной оси вала 4. Полость, контактирующая с внешней средой одной из своих стенок, имеет в этой стенке отверстие, в котором установлен с возможностью осевого перемещения разделитель 5 сред. Полость, являющаяся последней в наборе корпусов и контактирующих своей стенкой, через которую проходит вал вращения, не сопрягается по среде с защищаемым объемом. Между каждой парой прилегающих друг к другу полостей во входе и выходе из полости установлено по два обратных клапана 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11, отрегулированных, организующих перепады давления в корпусах и представляющих собой систему регулирования. Уплотнительный узел 3 может быть любой конфигурации, например, как показано на фиг.2, и состоять из обоймы 12 и вмонтированных в него уплотнительных элементов 13 скольжения. В качестве уплотнительных элементов могут быть применены сальниковые набивки, сальники и т.д. Вал приводится во вращение двигателем, который подсоединен к валу с внутренней стороны герметичного корпуса как через редуктор, так и напрямую.

При увеличении внешнего гидростатического давления Р_вн происходит передача силы внешнего гидростатического давления в полость первого корпуса, контактирующего стенкой с внешней средой за счет разделителя сред. При дальнейшем увеличении внешнего гидростатического давления происходит прижатие клапана 6 за счет разности давлений с полостью второго корпуса чем достигается его герметичность. При дальнейшем увеличении внешнего гидростатического давления происходит срабатывание клапана 7 и начнется перепуск жидкого наполнителя в полость следующего корпуса. Как только разность в полостях соседних корпусов будет равна установочному уровню срабатывания клапана 7, клапан закроется, перепуск прекратится, тем самым процесс дискретного понижения давления стабилизируется и разность давлений между полостями первого и второго корпусов останется неизменной. При дальнейшем повышении внешнего гидростатического давления будет повышаться давление в полости первого корпуса до уровня внешнего гидростатического давления, а в полости второго корпуса с разницей, равной установочному давлению клапана 7. Повышение уровня давления в полости второго корпуса устройства вызовет аналогичные процессы во всех полостях последующих корпусов. Таким образом внешнее гидростатическое давление будет дискретно понижено, а действие силы гидростатического давления на каждый отдельный уплотнительный узел вала вращения будет снижено до желаемого уровня.

Во время понижения внешнего гидростатического давления Р_ви произойдет перемещение разделителя 3 среды, что вызовет понижение давления в полости первого корпуса. Если давление в полости первого корпуса станет ниже, чем в полости второго корпуса, произойдет разгерметизация клапана 6 и перепуск жидкого наполнителя из второго корпуса в первый, тем самым произойдет снижение давления во втором корпусе. При дальнейшем понижении внешнего гидростатического давления произойдут аналогичные процессы во всех полостях устройства.

При такой конструкции уплотнения вала резко снижается обводнение жидкого наполнителя за счет отсутствия разницы в давлениях на первый уплотнительный узел, что определяет долговечность работы вала. В качестве жидких наполнителей могут служить силиконовые и органические масла.

Сущность изобретения: уплотнительные элементы установлены в корпусе и контактируют с валом. Полости выполнены последовательно в корпусе и разделены между собой стенками. В наружной полости со стороны области высокого давления выполнено отверстие, в котором установлен с возможностью осевого перемещения разделитель сред. Полости расположены между уплотнительными элементами и заполнены нейтральной средой. Система регулирования перепада давлений между полостями выполнена в виде обратных клапанов. В стенках полостей, кроме крайних, выполнены вход и выход из полости. Одна часть обратных клапанов размещена во входе, другая в выходе. 2 ил.

УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА, содержащее уплотнительные элементы, установленные в корпусе и контактирующие с валом, и систему регулирования перепада давления между полостями, выполненными последовательно в корпусе и разделенными между собой стенками, отличающееся тем, что в наружной стенке полости со стороны области высокого давления выполнено отверстие, в котором установлен с возможностью осевого перемещения разделитель сред, а упомянутые полости расположены между уплотнительными элементами и заполнены нейтральной средой, при этом система регулирования перепада давления выполнена в виде обратных клапанов, а в стенках полостей, кроме крайних стенок, выполнены вход в полость и выход из полости и одна часть обратных клапанов размещена во входе, а другая в выходе.