УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 1996 года по МПК F16J15/32 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к устройству радиальных контактных уплотнений для герметизации подвижных деталей машин, преимущественно валов, и работает с трением рабочих поверхностей.

Известно радиальное манжетное уплотнение вращающихся валов, содержащее уплотнительный эластомерный элемент с усовой частью или губкой манжеты, каркасное кольцо и кольцевую пружину, создающее усилие прижатия губки манжеты к валу (см. Уплотнения, сб.статей под ред.д.т.н. В.К.Житомирского, изд. Машиностроение, М. 1964, с,19-34). Уплотнение работоспособно в узком температурном диапазоне при небольших перепадах давления сред (около 0,1 МПа), в безабразивных средах.

Значительно расширяет границы работоспособности радиальный уплотнительный элемент вращающихся валов, содержащий уплотнительную шайбу из самосмазывающегося материала состава ПТФЭ (политетрафторэтилена), уплотнитель корпуса-прокладку из эластомерного материала и напорное кольцо, создающее необходимое напряжение при сжатии прокладки. Уплотнение обеспечивает высокую герметичность и ресурс подвижного соединения при давлениях среды до 2,0 МПа и при температурах сред от минус 20^oС до плюс 200^oС (см.например техн. инф. фирмы "HECKER WERKE" "Уплотнительные кольца вала BW фирмы HECKER с уплотнительной шайбой, изготовленной из ПТФЭ"М 838811.9.88 НАМ). Однако уплотнение теряет герметизирующую способность в средах с твердыми частицами (например, в шахтных условиях эксплуатации). Попадая в зону трения частицы изнашивают уплотнительную шайбу, а также и уплотняемую поверхность вала. Отсутствие устройств, подпружинивающих уплотнительную шайбу, ограничивает ресурс уплотнения. Кроме этого, продолжительность работы уплотнения, его герметизирующую способность существенно снижает жесткая установка в корпусе уплотнительной шайбы. Это сказывается при радиальном биении уплотняемой поверхности вала, которое имеется даже при возможно точной установке уплотнения в корпусе и вала в опорах, и вызывает резкое увеличение утечки уплотняемой среды при износе опор вала с уплотняемой поверхностью.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание радиального контактного уплотнения вала с высоким ресурсом работы и высокой герметизирующей способностью.

Это достигается тем, что в известном радиальном уплотнительном элементе, состоящем из уплотняющей шайбы с вогнутой частью из самосмазывающегося материала и уплотнителя корпуса из эластомерного материала, уплотнитель корпуса выполнен с упруго-демпфирующейся кромкой, размещенной со стороны уплотняемой среды и сопряженной с вогнутой частью уплотняющей шайбы, при этом по торцевым и наружной цилиндрической поверхностям плоская часть уплотняющей шайбы охвачена уплотнителем корпуса, который со стороны окружающей среды выполнен с уплотняющей, а со стороны уплотняемой среды с напорной поверхностями, расположенными за наружной цилиндрической поверхностью уплотняющей шайбы. Кроме того, уплотняющая шайба выполнена с кольцевыми выступами на торцевых поверхностях плоской части. Выступы выполнены треугольной формы в сечении.

Так как уплотнитель корпуса охватывает уплотняющую шайбу, то между наружной цилиндрической поверхностью шайбы и корпусом размещается кольцевой слой эластомерного материала, который амортизирует колебания системы вал-уплотнительная шайба. Это позволяет резко уменьшить влияние радиального биения уплотняемой поверхности вала на герметизирующую способность и ресурс уплотнения. Кольцевые выступы удерживают уплотняющую шайбу от проворота при вращении уплотняемого вала.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлено сечение заявляемого уплотнительного элемента с уплотняющей шайбой и упруго-демпфирующейся кромкой в свободном состоянии (перед установкой на вал).

Уплотнительный элемент содержит уплотнитель 1 корпуса, выполненный из эластомерного материала, например резины, уплотняющую шайбу 2 из самосмазывающегося материала, например из состава ПТФЭ. Уплотнитель 1 выполнен со стороны уплотняемой среды с напорной поверхностью 3 и упруго-демпфирующейся кромкой 4, а со стороны окружающей среды с опорой 5 уплотняющей шайбы 2. Плоская часть 6 уплотняющей шайбы 2 выполнена с кольцевыми выступами 7 и охвачена уплотнителем 1 таким образом, что между наружной цилиндрической поверхностью шайбы 2 и корпусом размещается кольцевой слой 8 эластомерного материала, воспринимающийся радиальное биение вала с шайбой при вращении уплотняемого вала. Упруго-демпфируемая кромка 4 в свободном состоянии (до установки на вал) шайбы 2 плотно поджата к уплотняющей части 9 шайбы 2, имеющей вогнутую форму.

При сборке уплотнитель 1 устанавливается в корпус с натягом. Уплотняющее давление на вал создается в результате посадки с натягом уплотняющей шайбы 2, усиленной упруго-демпфирующейся кромкой 4. Необходимая величина контактного давления на уплотняющую часть 9 шайбы 2 обеспечивается с учетом давления на шайбу 2 уплотняемой среды. Размерный износ вала и уплотняющей части 9 шайбы 2 компенсируется усилием поджатия кромки 4.

Предложенное контактное радиальное уплотнение вала обеспечивает повышение герметизирующей способности и ресурса уплотнения. Это особенно проявилось в средах с обильным загрязнением крупными абразивными частицами и при изношенных опорах уплотняемого вала. Так исследованиями установлено, что в случае увеличения радиального биения вала в 3 раза (диаметр вала 90 мм, начальное биение 0,05 мм) герметизирующая способность практически не ухудшается. У прототипа течь жидкой смазки уплотняемой среды с биением вала возрастает и увеличивается в исследуемых условиях в 2,2-2,5 раза.

Использование: в области машиностроения, а именно, в устройствах радиальных контактных уплотнений для герметизации подвижных деталей машин. Сущность изобретения: основание шайбы выполнено с кольцевыми выступами. Опора, кромка и кольцевой слой уплотнителя плотно охватывают основание шайбы. Упругая кромка плотно поджата к уплотнительному элементу шайбы в свободном состоянии шайбы. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Уплотнительный элемент преимущественно для уплотнения валов, состоящий из уплотняющей шайбы с выгнутой формой из самосмазывающего материала и уплотнителя корпуса из эластомерного материала, отличающийся тем, что уплотнитель корпуса выполнен с упругодеформирующейся кромкой, размещенной со стороны уплотняемой среды и сопряженной с вогнутой частью уплотняющей шайбы, при этом по торцевым и наружной цилиндрической поверхностям плоская часть уплотняющей шайбы охвачена уплотнителем корпуса, который со стороны окружающей среды выполнен с уплотняющей, а со стороны уплотняемой среды с напорной поверхностями, расположенными за наружной цилиндрической поверхностью уплотняющей шайбы. 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что уплотняющая шайба выполнена с кольцевыми выступами на торцевых поверхностях плоской части. 3. Элемент по п.2, отличающийся тем, что выступы выполнены треугольной формы сечения.