СПОСОБ УСТАНОВКИ ВАЛА С УПЛОТНИТЕЛЬНЫМИ КОЛЬЦАМИ В ОТВЕРСТИЕ КОРПУСА С КАНАЛАМИ, СОЕДИНЯЮЩИМИ НАРУЖНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ КОРПУСА С ОТВЕРСТИЕМ Российский патент 1996 года по МПК F16J15/00 

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано при сборке устройств, требующих высокой степени герметичности и надежности уплотнения полостей.

Известен способ установки вала с уплотнительными кольцами, включающий установку уплотнительных колец на вал и перемещение вала с кольцами в отверстии корпуса с канавками, соединяющими наружную поверхность корпуса с отверстием /(1) стр. 589-591, фиг. 432/.

Указанный способ позволяет установить вал с уплотнительными кольцами в отверстие корпуса, но не гарантирует надежность герметизации из-за возможного срезания колец при больших скоростях установки вала с большим количеством уплотнительных колец в отверстие корпуса, с радиальными подводящими отверстиями и проточками.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ по а.с. СССР N 1652709 прототип. Указанный способ установки уплотнительных колец включает установку в отверстие корпуса технологического вала, заполнение внутреннего объема корпуса нейтральной жидкостью, установку со стороны наружной поверхности корпуса в канавки заглушек, выдержку собранного узла и вала в холодильной камере при температуре выше температуры замерзания нейтральной жидкости, удаление из корпуса технологического вала, установку на вал уплотнительных колец, установку вала с уплотнительными кольцами в отверстие корпуса, размораживание нейтральной жидкости и удаление ее из корпуса.

Указанный способ позволяет обеспечить установку вала с уплотнительными кольцами в отверстие корпуса без повреждения колец, тем самым обеспечивая высокую степень герметичности и надежность герметизации полостей. Однако необходимость в заглушении всех подводящих отверстий заглушками с уплотнениями усложняет технологический процесс сборки и увеличивает трудозатраты.

Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение технологичности и повышение надежности.

Технический результат достигается тем, что в известном способе установки вала с уплотнительными кольцами в отверстие корпуса с каналами соединяющими наружную поверхность корпуса с отверстием, включающий установку в отверстие корпуса технологического вала, выдержку корпуса с технологическим валом и вала в холодильной камере при заданной температуре, заполнение внутреннего объема корпуса с технологическим валом нейтральной жидкостью, замораживание последней, извлечение корпуса с технологическим валом из холодильной камеры, удаление из корпуса технологического вала, извлечение из холодильной камеры вала, установку на вал уплотнительных колец и размещение его в отверстии корпуса, размораживание и удаление из корпуса нейтральной жидкости, в отличие от прототипа, перед извлечением корпуса с технологическим валом из холодильной камеры определяют объем нейтральной жидкости, корпус с технологическим валом л вал захолаживают до температуры Т1, определяемой по формуле

где Cрк, Сртв, Сртв, Срж, Срл соответственно удельные теплоемкости материала корпуса, технологического вала, нейтральной жидкости и льда, ккал/кг•град;
mк, mтв, mж соответственно массы корпуса, технологического вала и нейтральной жидкости, кг;
λ_л удельная теплота плавления льда, ккал/кг•град;
Тж температура заливаемой нейтральной жидкости, после этого корпус с технологическим валом вынимают из холодильной камеры, зазор между корпусом и технологическим валом заполняют определенным объемом нейтральной жидкости и выдерживают до температуры не выше Т2, определяемой по формуле

где tо≅0^oС температура на внутренней поверхности отверстия с замороженной нейтральной жидкостью, град;
t температура окружающей среды (воздуха), град;
коэффициент;
Fo критерий Фурье
Bi критерий Био
Nu число Нуссельта Nu c(Gr•Pr)ⁿ;
Gr число Грасгофа G_r= gl3o

β (t_o-T₂);
Pr число Прандтля
; при r Ro η = 1;
a коэффициент температуропроводности льда, м²/час;
τ- время установки вала в корпус, час;
Ro радиус отверстия в корпусе, м;
lo длина канавки, м;
n коэффициент кинематической вязкости воздуха, м²/сек;
b- коэффициент объемного расширения воздуха, 1/град;
g ускорение силы тяжести, м/сек²;
a1 коэффициент температуропроводности воздуха, м²сек;
c, n коэффициенты, определяемые по величине (Gr•Pr).

Предложенный способ позволяет уменьшить трудозатраты, т.к. при его использовании не требуется изготавливать заглушки с уплотнениями для заглушения подводящих отверстий. Кроме того повышается надежность за счет гарантированной отрицательной температуры на внутренней поверхности отверстия с замороженной нейтральной жидкостью во время всего техпроцесса.

Осуществление заявляемого способа поясняется с помощью графических материалов. На фиг. 1 представлена в разрезе холодильная камера с расположенными в ней корпусом с установленным технологическим валом и валом. На фиг. 2 представлены емкость с нейтральной жидкостью и термометром и дополнительная мерная емкость со шкалой измерения объема нейтральной жидкости в зависимости от ее температуры. На фиг. 3 представлен разрез корпуса с технологическим валом и замороженной нейтральной жидкостью. На фиг. 4 представлен корпус с установленным в нем валом и уплотнительными кольцами.

Для установки вала с уплотнительными кольцами в отверстие корпуса с каналами, соединяющими наружную поверхность корпуса с отверстием необходимы холодильная камера 1, емкость 2 с нейтральной жидкостью 3 и термометром 4, мерная емкость 5 со шкалой 6, технологический вал 7, устанавливаемый в корпус 8 с каналами 9 и проточками 10, соединяющими наружную поверхность 11 корпуса 8 с отверстием 12, вал 13 с уплотнительными кольцами 14. Для заполнения каналов 9 с проточками 10 при различной температуре нейтральной жидкости 3 потребуется разное количество жидкости. Шкала 6 на мерной емкости 5 выполнена так, что каждое ее деление, определяющее величину объема нейтральной жидкости 3 соответствует фактической температуре нейтральной жидкости, расстояние между делениями шкалы определяется экспериментально для каждого корпуса с технологическим валом.

Выполнение способа заключается в следующем. В корпус 8 устанавливают технологический вал 7, после чего корпус 8 с установленным технологическим валом 7 и вал 13 закладывают в холодильную камеру 1 и захолаживают до температуры Т1. Параллельно определяют с помощью термометра 4 температуру нейтральной жидкости 3. После этого поливают нейтральную жидкость 3 в мерную емкость 5 до деления шкалы 6, соответствующего замеренной температуре. После захолаживания корпус 8 с технологическим валом 7 извлекают из холодильной камеры 1, и в каналы 9 с проточками 10 заливают нейтральную жидкость 3 из мерной емкости 5, которая замораживается, превращаясь в лед, причем выдержку осуществляют до температуры не выше Т2. Извлекают из холодильной камеры 1 вал 13 и устанавливают на него уплотнительные кольца 14. Извлекают из корпуса 8 технологический вал 7, после чего вал 13 с кольцами 14 устанавливают в корпус 8. Размораживают собранный корпус 8 до превращения льда в жидкость и удаляют нейтральную жидкость 3. Необходимость охлаждения корпуса с технологическим валом до температуры Т1 и выдерживание корпуса с технологическим валом и нейтральной жидкостью для замораживания в нем нейтральной жидкости до температуры не выше T2 вызвано тем, что процесс замораживания нейтральной жидкости 3 и установка вала 13 в корпус происходит в течение определенного времени, при котором происходит нагревание корпуса и льда.

Для бездефектной сборки вала с уплотнительными кольцами в корпус необходимо, чтобы температура на внутренней цилиндрической поверхности льда в проточке была не выше 0^oС. Исходя из этого условия и определяется температура T2.

Так, например, для сборки корпуса при температуре окружающего воздуха 15^oC, выполненного из стали 20Х с размерами Dн 50 мм, Do 10 мм, L 100 мм с проточками, имеющими размеры dн 12 мм и lo2,6 мм, и каналами с диаметром dк 2 мм, при технологическом времени сборки t = 30 сек,, при технологическом вале, выполненном из бронзы БРАЖ-4, температура T2 должна быть не выше 70^oС. Эта температура определяется следующим образом. В соответствии с методикой, приведенной /(2) стр. 241/ определяют величины критерия Фурье и критерия Био . Для определения критерия Бис необходимо вычислить число Нуссельта Nu c(Gr•Pr)ⁿ. Число Нуссельта определяется в соответствии с методикой расчета теплоотдачи при естественной конвекции /(3) стр. 147-148/.

При to -T2 70^oC; lo 0,0026 м; ν = 13,75•10^-9 м²/час; β = 0,0036744 1/град; g 9,81 м/сек²; a 0,00384 м²/час; Pr 0,71; τ = 0,00833 час; Ro 0,005 м; η = 1 имеем Gr 284. Отсюда Gr•Pr202, согласно [(3). стр.148 табл.24] c 1,18; n 0,125 получаем Nu 2,29; Bi 4,4; Fo 1,28.

Согласно) /(2) график стр. 241/ θ = 0,18, откуда T2≅-70^oC.

Температура Т1 определяется по предложенной формуле при следующем допущении. Поскольку нейтральная жидкость заливается во внутренний объем и ее масса при принятых размерах корпуса, вала, проточек и каналов составляет приблизительно 45 г, а масса корпуса с технологическим валом составляет приблизительно 1500 г, то можно принять процесс теплообмена между жидкостью и корпусом с технологическим валом стационарным без потерь в окружающую среду, тем более, что процесс замерзания нейтральной жидкости происходит в течение 24 сек. Время определено по методике /(4) стр. 160-169/. За это время температура на наружной поверхности корпуса, рассчитанная по методике, приведенной в (2)- повышается с 70^oС до -55^oС.

При Cрк 0,4187 Дж/г•град; Cртв 0,4187 Дж/г•град; Срж 4,187 Дж/г•град; Cрл 4,211 Дж/г•град; Tж 15^oС; mк 1400 г; mтв 100 г; mж 45 г; λ_л= 334 Дж/г; T2 -75^oС температура Т1 должна быть равна -70^oС. ЫЫЫ2

Использование: в уплотнительной технике при сборке устройств, требующих высокой степени герметичности и надежности герметизации полостей. Сущность изобретения: определяют объем нейтральной жидкости, необходимый для заполнения внутреннего объема корпуса с технологическим валом. Заливают этот объем жидкости во внутренний объем извлеченного из холодильной камеры заложенного до заданной температуры корпуса с технологическим валом. Выдерживают захоложенный корпус с технологическим валом и нейтральной жидкостью до заданной температуры корпуса для замораживания нейтральной жидкости в корпусе. 4 ил.

Способ установки вала с уплотнительными кольцами в отверстие корпуса с каналами, соединяющими наружную поверхность корпуса с отверстием, включающим установку в отверстие корпуса технологического вала, выдержку корпуса с технологическим валом и вала в холодильной камере при заданной температуре, заполнение внутреннего объема корпуса с технологическим валом нейтральной жидкостью, замораживание последней, извлечение корпуса с технологическим валом из холодильной камеры, удаление из корпуса технологического вала, извлечение из холодильной камеры вала, установку на вал уплотнительных колец и размещение его в отверстии корпуса, размораживание и удаление из корпуса нейтральной жидкости, отличающийся тем, что перед извлечением корпуса с технологическим валом из холодильной камеры определяют объем нейтральной жидкости, корпус с технологическим валом и вал захолаживают до температуры Т₁, определяемой по формуле

где <С_рк, C_pтв,C_pж,C_pл соответственно, удельные теплоемкости материала корпуса, технологического вала, нейтральной жидкости и льда, ккал/кг•град.

m_к, m_тв, m_ж соответственно, массы корпуса, технологического вала и нейтральной жидкости, кг;
λ_л- удельная теплота плавления льда, ккал/кг•град.

T_ж температура жидкости нейтральной, заливаемой,
после этого корпус с технологическим валом вынимают из холодильной камеры,
зазор между корпусом и технологическим валом заполняют определенным объемом нейтральной жидкости и выдерживают до температуры не выше Т₂, определяемой по формуле

где t^oC температура на внутренней поверхности отверстия замороженной нейтральной жидкости, град.

t температура окружающей среды (воздуха), град.

q = f(F₀,B_i,η) коэффициент;
F_o критерий Фурье,

В_i критерий Био

Nu число Нуссельта, Nu=C(Gr•Pr)ⁿ;
Gr число Грасгофа, Gr = gl30

β(t-T₂)
Pr-число Прандтля,


а коэффициент температуропроводности льда, м²/ч;
τ время установки вала в корпус, ч;
R_o радиус отверстия в корпусе, м;
l_o длина канавки, м;
n коэффициент кинематической вязкости воздуха, м²/с;
b коэффициент объемного расширения воздуха, 1/град.

g ускорение силы тяжести, м/с²;
а₁ коэффициент температуропроводности воздуха, м²/с;
с, n коэффициенты, определяемые по величине (Gr • Pr).