ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ МОДУЛЬНОГО ИСПОЛНЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к торцовым уплотнениям вращающихся валов роторных машин. Торцовые уплотнения обеспечивают высокую герметичность вращающихся валов центробежных насосов, эмульсоров и т. д. Торцовые уплотнения могут работать при рабочем давлении герметизируемой среды до 20 МПа, скорости скольжения до 200 м/c и при температуре выше 500 К.

С увеличением степени ответственности торцового уплотнения и усложнением условий работы возникает необходимость разработки специальных конструкций уплотнений модульного исполнения, т. е. объединение деталей торцового уплотнения в единую сборочную единицу, что позволяет упростить его монтаж в сложных эксплуатационных условиях.

Известно торцовое уплотнение модульного исполнения, содержащее подвижное и неподвижное кольца трения, устройство для передачи крутящего момента, центрирующего обойму, подпружиненную относительно бурта опорного, выполненном на распорной втулке, которая размещена на валу, вторичное уплотнение в виде резинового кольца круглого сечения. Подвижное кольцо трения запрессовано в центрирующую обойму, а с противоположного торца центрирующая обойма охватывает бурт опорный и опирается на него через резиновое кольцо (Кононенко А. П. Уплотнительные устройства машин и машиностроительного оборудования. М. Машиностроение, 1984, с. 57, рис. 41).

Недостатками данного торцового уплотнения являются силовые и температурные напряжения вызванные различием линейных расширений центрирующей обоймы и запрессованного в него кольца трения, приводящие к искажению плоскостности уплотнительных поверхностей и разгерметизации уплотнения.

Известно торцовое уплотнение модульного исполнения, содержащее подвижное и неподвижное кольца трения, центрирующую обойму, подпружиненную относительно бурта упорного, выполненного на распорной втулке, размещенной на валу, вторичное уплотнение в виде резиновых колец круглого сечения, центрирующая обойма с одного торца охватывает бурт опорный и опирается на бурт через резиновое кольцо, а с противоположной стороны охватывает кольцо трения через резиновое кольцо (заявка Великобритании N 1447569, кл. F 16 J 15/00, 1976).

Недостатком данного торцового уплотнения является повышенное трение между резиновым кольцом и центрирующей обоймой, которая препятствует осевым перемещениям центрирующей обоймы по бурту опорному при износе колец трения, а также возможность проскальзывания подвижного кольца трения относительно центрирующей обоймы при повышенном моменте трения между кольцами трения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является торцовое уплотнение модульного исполнения, содержащее подвижное и неподвижное кольца трения, устройство для передачи крутящего момента от кольца трения, центрирующую обойму, подпружиненную относительно бурта опорного, распорную втулку, размещенную на валу, вторичное уплотнение в виде резинового сильфона, охватывающего часть центрирующей обоймы, неподвижное кольцо трения и опорный бурт (Голубев А. И. Справочник "Уплотнения и уплотнительная техника". М. Машиностроение, 1986, с. 331, рис. 9.37).

Недостатком данного уплотнения является силовые и температурные деформации колец трения от их запрессовки в металлические обоймы, а также недостаточная подвижность упругоустановленного кольца трения в осевом и угловом направлениях при передаче момента трения через штифты от центрирующей обоймы на упорный бурт при износе штифтов и как следствие разгерметизация уплотнения.

Цель изобретения повышение надежности уплотнения за счет исключения силовых и температурных напряжений от запрессовки и увеличение подвижности упругоустановленного кольца трения.

Цель достигается тем, что бурт опорный выполнен на распорной втулке, центрирующая обойма с одного торца выполнена охватывающей с зазором бурт опорный кольцевым пояском, а противоположным торцом с возможностью свободного контакта с нерабочим торцом подвижного кольца трения, резиновая манжета выполнена в виде колпачка с L-образным профилем поперечного сечения, причем донная часть колпачка сжата между распорной втулкой и выступом вала, а цилиндрическая с натягом расположена на центрирующей обойме и подвижном кольце трения.

Поверхность контакта между центрирующей обоймой и подвижным кольцом трения может быть выполнена сферической. На наружной поверхности центрирующей обоймы и подвижного кольца трения, в месте их контакта, могут быть выполнены фаски.

Устройство для передачи крутящего момента может быть выполнено в виде полукруглых глухих пазов, расположенных на внутренней поверхности подвижного кольца трения со стороны центрирующей обоймы, напротив которых в распорной втулке выполнены продольные пазы V-образного профиля, и роликов, размещенных параллельно оси торцового уплотнения, в гнездах образованных пазами в подвижном кольце трения и распорной втулке, а также торцом центрирующей обоймы.

На фиг. 1 показан общий вид торцового уплотнения модульного исполнения, поперечное сечение; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1.

Торцовое уплотнение модульного исполнения содержит подвижное кольцо трения 1 и неподвижное кольцо трения 2. Неподвижное кольцо трения 2 установлено в корпусе 3. На рабочем торце кольца 2 выполнена канавка 4, которая через отверстие 5 сообщается с отверстием 6 в корпусе 3. Кольцо 2 установлено герметично в корпусе 3 и удерживается от проворота штифтом 7. На вращающемся валу 8 размещена распорная втулка 9 сжатая между буртом 10 вала 8 и буртом 11, образованном рабочим органом, закрепленном на валу при помощи шпонки 12 и винта 13. На распорной втулке 9 размещен бурт опорный 14. Распорную втулку охватывает центрирующая обойма 15, которая опирается на распорную втулку узким кольцевым пояском 16 и имеет возможность без трения перемещаться относительно бурта опорного 14. Противоположным торцом 17 центрирующая обойма 15 свободно контактирует (контактирует с возможностью взаимного перемещения) с нерабочим торцем подвижного кольца трения 1.

Поверхность контакта выполнена в виде сферы 18. На наружной поверхности центрирующей обоймы 15 и подвижного кольца трения выполнены фаски 19.

Между буртом опорным 14 и центрирующей обоймой размещена пружина 20. Вторичное уплотнение представляет собой резиновую манжету выполненную в виде колпачка 21. В свободном состоянии колпачок 21 имеет L-образный профиль поперечного сечения. Донная часть 22 колпачка сжата между рабочим органом 11 и распорной втулкой 9, а цилиндрическая часть 23 с натягом одета на центрирующую обойму 15 и подвижное кольцо трения 1. На внутренней поверхности подвижного кольца со стороны центрирующей обоймы выполнены полукруглые глухие пазы 24. Напротив пазов 24 в распорной втулке 9 выполнены продольные пазы 25 V-образного профиля. В гнездах, образованных пазами 24, 25 и торцом 17 центрирующей обоймы размещены ролики 26, расположенные параллельно оси торцового уплотнения.

Подвижное кольцо трения 1 и неподвижное кольцо трения 2 образуют уплотнительный стык 27, кольца трения выполнены из антифрикционного материала. Торцовое уплотнение размещено во внутренней полости 28 корпуса 3.

Торцовое уплотнение модульного исполнения работает следующим образом.

При вращении вала 8 между кольцами трения 1, 2 в стыке 27 образуется уплотнительный контакт, предотвращающий или ограничивающий выход рабочей среды под высоким давлением из полости 28 корпуса 3.

Гидростатические силы и температурный градиент, приводят к деформации корпусных деталей, вызывая угловой поворот их сечений относительно оси вала. Узкий кольцевой поясок 16 выполняет роль шарнира и позволяет отслеживать угловой перекос вызванный дефектами изготовления и выше указанными деформациями корпуса. Пружина сжатия 20 через торец 17 центрирующей обоймы 15 позволяют мгновенно отслеживать угол перекоса при вращающемся вале 8 и постоянно сжимать кольца трения по всей поверхности стыка 27. Вторичное уплотнение, выполненное в виде колпачка 21 обеспечивает герметичность упругоустановленного кольца трения между буртом вала 11 и распорной втулкой 9, между опорным буртом 14 и пояском 16 центрирующей обоймы 17, между поверхностями контакта центрирующей обоймы 15 и кольца трения 1. Колпачек 21 служит также для передачи крутящего момента от кольца трения 1 к распорной втулке 9 и валу 8. Величина передаваемого крутящего момента определяется маркой резины, толщиной стенок колпачка 21, а также величиной натяга на кольцо трения 1. При повышенных значениях крутящий момент от подвижного кольца трения передается роликами 26 от пазов 24 кольца трения продольным пазам 25 на втулке распорной 9. При вращении вала ролики центробежными силами устанавливаются в полукруглых пазах 24 диаметром равным диаметру роликов, а стенки V-образных пазов 25 расположены по касательной к окружности шарика, поэтому при передаче крутящего момента сохраняется подвижность подвижного кольца трения 1.

Подвижное кольцо трения 1 сцентрировано относительно центрирующей обоймы цилиндрической частью 23 колпачка 21 и совместной с обоймой поверхностью контакта. При поверхности контакта в виде сферы 18 появляется дополнительная подвижность кольца трения, как шарнирного соединения. Фаски 19 на наружных поверхностях обоймы 15 и кольца 1 помогают повысить подвижность соединения за счет давления рабочей среды и увеличить силу контактного давления в стыке 27. В месте стыка 27 колец трения при работе происходит значительное выделение тепла. Данное исполнение торцового уплотнения позволяет отвести часть этого тепла при помощи охлаждающей жидкости. Жидкость подается в отверстие 6 в корпусе 3, через отверстие 5 попадает в канавку 4 и отводится в корпус через отверстия 5 и 6.

По сравнению с прототипом изобретение позволяет повысить надежность уплотнения за счет исключения силовых и температурных напряжений от запрессовки колец трения и увеличить подвижность упругоустановленного кольца трения.

Использование: уплотнительная техника. Сущность изобретения: бурт опорный выполнен на распорной втулке, центрирующая обойма с одного торца выполнена охватывающей с зазором бурт опорный кольцевой пояском, а противоположным торцом - с возможностью контакта с нерабочим торцом подвижного кольца трения. Резиновая манжета выполнена в виде колпачка с L-образным профилем поперечного сечения. Донная часть колпачка сжата между распорной втулкой и выступом вала. Цилиндрическая часть с натягом расположена на центрирующей обойме и подвижном кольце трения. Поверхность контакта между центрирующей обоймой и подвижным кольцом трения может быть выполнена сферической. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Торцовое уплотнение модульного исполнения, содержащее подвижное и неподвижное кольца трения, устройство для передачи крутящего момента от кольца трения, центрирующую обойму, подпружиненную относительно опорного бурта, распорную втулку, размещенную на валу, вторичное уплотнение в виде резиновой манжеты, отличающееся тем, что опорный бурт выполнен на распорной втулке, центрирующая обойма с одного торца выполнена охватывающей с зазором опорный бурт кольцевым пояском, а противоположным торцом с возможностью контакта с нерабочим торцом подвижного кольца трения, резиновая манжета выполнена в виде колпачка с L-образным профилем поперечного сечения, причем донная часть колпачка сжата между распорной втулкой и выступом вала, а цилиндрическая с натягом расположена на центрирующей обойме и подвижном кольце трения. 2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что поверхность контакта между центрирующей обоймой и подвижным кольцом трения выполнена сферической. 3. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что на наружной поверхности центрирующей обоймы и подвижного кольца трения в месте их контакта выполнены фаски. 4. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что устройство для передачи крутящего момента выполнено в виде полукруглых глухих пазов, расположенных на внутренней поверхности подвижного кольца трения со стороны центрирующей обоймы, напротив которых в распорной втулке выполнены продольные пазы V-образного профиля, и роликов, размещенных параллельно оси торцового уплотнения в гнездах, образованных пазами в подвижном кольце трения и распорной втулке, а также торцом центрирующей обоймы.