УПЛОТНЕНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА Российский патент 1998 года по МПК F16J15/28 

Изобретение относится к конструкции уплотнительных узлов вращающихся валов преимущественно центробежных насосов, используемых в различных отраслях промышленности.

Известны конструкции узла уплотнения вращающегося вала [1], в которых в качестве уплотнительного элемента использована сальниковая набивка, размещенная в сальниковой камере и предварительно нагруженная аксиально подвижным поджимным фланцем. Недостатком этого устройства является непосредственный контакт уплотнительного элемента с поверхностью уплотняемого вала, что является причиной износа вала - ответственного и дорогостоящего элемента насоса, а также нарушение герметичности вследствие износа сальниковой набивки.

Известно уплотнение вращающегося вала [2], принятое за прототип, содержащее аксиально подвижные вращающийся и невращающийся элементы с торцевыми уплотняющими выступами, камеру, в полости которой размещены аксиально подвижные элементы, уплотняемый вал и источник подачи смазочно-охлаждающей жидкости. В этой конструкции уплотнение вала обеспечивается за счет динамического контакта уплотняющих выступов аксиально подвижных вращающегося и невращающегося элементов, что исключает износ самого уплотняемого вала. Кроме того, вследствие возможности осевого смещения вращающегося элемента в этой конструкции обеспечивается самоуплотнение за счет дополнительной нагрузки зоны контакта уплотняющих выступов давлением уплотняемой среды.

Недостатками этой известной конструкции являются: сложность обеспечения взаимной параллельности уплотняющих поверхностей выступов из-за колебаний и температурных деформаций элементов уплотнения при работе насоса; повышенные требования к выбору материалов контактирующих уплотняющих поверхностей аксиально подвижных элементов уплотнения; относительно небольшой ресурс работы уплотнения и сложность замены изношенных уплотняющих выступов аксиально подвижных элементов уплотнения; сниженный эффект самоуплотнения из-за влияния сил трения во вторичном уплотнении на перемещение аксиально подвижного вращающегося элемента.

Техническая задача изобретения заключается в снижении требований к точности изготовления и выбору материалов отдельных элементов уплотнения, повышении эффекта самоуплотнения и ресурса работы уплотнения, а также упрощении его обслуживания при эксплуатации.

Задача решается за счет того, что в уплотнении вращающегося вала, содержащего аксиально подвижные вращающийся и невращающийся элементы с торцевыми уплотняющими выступами, камеру, в полости которой размещены аксиально подвижные элементы, уплотняемый вал и источник подачи смазочно-охлаждающей жидкости, торцевые уплотняющие выступы аксиально подвижных вращающегося и невращающегося элементов размещены коаксиально относительно друг друга, при этом поверхности аксиально подвижных элементов, уплотняемого вала и камеры образуют кольцевые полости, в которых установлены уплотняющие элементы, выполненные из набивочного материала, заполняющего весь объем, образованный кольцевыми полостями.

Целесообразно уплотнение снабдить дополнительным аксиально подвижным элементом, торцевые уплотняющие выступы которого расположены коаксиально относительно друг друга, размещенным между аксиально подвижным вращающимся и невращающимся элементами.

Целесообразно также на аксиально подвижном невращающемся элементе в зоне сопряжения его с соседним аксиально подвижным элементом выполнить кольцевую проточку, а аксиально подвижный невращающийся элемент снабдить каналом, связывающим упомянутую проточку с источником подачи смазочно-охлаждающей жидкости.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых существенных признаков: образование кольцевых полостей, заполненных набивочным сальниковым материалом, за счет коаксиального размещения торцевых уплотняющих выступов аксиально подвижных элементов; размещение дополнительного аксиально подвижного элемента; выполнение кольцевой проточки на аксиально подвижном невращающемся элементе в зоне сопряжения с аксиально подвижным элементом и канала, связывающего эту проточку с источником подачи смазочно-охлаждающей жидкости.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

На фиг.1 представлен общий вид (продольный разрез) предлагаемого уплотнения; на фиг. 2 - уплотнение с дополнительным аксиально подвижным элементом.

Уплотнение вращающегося вала содержит аксиально подвижный вращающийся элемент 1 с торцевым уплотняющим выступом 2. Выступ 2 размещен коаксиально относительно торцевого уплотняющего выступа 3 аксиально подвижного невращающегося элемента 4. Торцевые поверхности выступов 2 и 3, поверхности камеры 5 и вала 6 образуют кольцевые полости, в которых размещены уплотняющие элементы 7 и 8, выполненные из набивочного сальникового материала. На аксиально подвижном невращающемся элементе 4 в зоне сопряжения его с элементом 1 выполнена кольцевая проточка 9 и канал 10, связывающий проточку 9 с источником подачи смазочно-охлаждающей жидкости (не показан).

Передача вращающегося момента от вала 6 на аксиально подвижный вращающийся элемент 1 обеспечивается поводком 11, размещенным в пазу 12, выполненном на валу 6.

Для увеличения ресурса работы уплотнения между вращающимся элементом 1 и невращающимся элементом 4 может быть установлен дополнительный аксиально подвижный элемент 13 (фиг.2), в котором торцевые уплотняющие выступы 14 и 15 размещены коаксиально друг другу.

Поверхности аксиально подвижных элементов 1, 4, 13 и поверхности камеры 5 и вала 6 образуют кольцевые полости, в которых размещены уплотняющие элементы 7 и 8, выполненные из набивочного сальникового материала. Для увеличения ресурса работы уплотнения такие же уплотняющие элементы могут быть размещены в кольцевых полостях 16 и 17 (фиг.2).

Уплотнение работает следующим образом. При вращении вала 6 с определенной угловой скоростью с этой же угловой скоростью вращается аксиально подвижный элемент 1 и уплотняющий элемент 8. Аксиально подвижный элемент 4 зафиксирован от углового смещения крепежными шпильками 18. Поэтому уплотняющий элемент 7 также не вращается. Динамический контакт, обеспечивающий герметичность уплотнения, осуществляется между вращающимися поверхностями торцевого уплотняющего выступа 2 и уплотняющего выступа 3 уплотняющего элемента 7. Предварительно уплотняющие элементы 7 и 8 для создания в них определенной величины напряжений и заполнения объема кольцевых полостей нагружаются аксиально подвижным элементом 4 с помощью крепежных шпилек 18. Таким образом, уплотняющие элементы 7 и 8 выполняют дополнительную функцию вторичных уплотнений, обеспечивая герметичность сопряжения: аксиально подвижный элемент 4 - стенка камеры 5 и аксиально подвижный элемент 1 - поверхность вала 6.

Давление уплотняемой среды на торцевые поверхности аксиально подвижного элемента 1 обеспечивает (за счет эффекта самоуплотнения) постоянную нагрузку на уплотняющие элементы 7 и 8 вне зависимости от степени их износа.

При размещении дополнительного аксиально подвижного элемента 13 между аксиально подвижными элементами 1 и 4 торцевые уплотняющие выступы 14 и 15 передают усилие предварительной нагрузки крепежных шпилек 18 от аксиально подвижного элемента 4 на уплотняющий элемент 8 и усилие самоуплотнения от аксиально подвижного элемента 1 на уплотнительный элемент 7, обеспечивая их равное нагружение.

Для увеличения ресурса работы уплотнения и повышения его герметизирующей способности в кольцевые полости 16 и 17 (фиг.2) могут быть установлены дополнительные уплотняющие элементы, выполненные из набивочного сальникового материала.

Дополнительный аксиально подвижный элемент 13 может быть установлен без фиксации его углового смещения. В этом случае его угловая скорость вращения не будет превышать половины угловой скорости вращения вала 6, так как контактирующие с аксиально подвижным элементом 13 уплотняющие элементы 7 и 8 имеют угловые скорости, соответственно равные нулю и полной угловой скорости вращения вала 6. Соответственно уменьшается и скорость относительного смещения торцевых уплотняющих выступов 14 и 15 и уплотняющих элементов 7 и 8, что существенно снизит интенсивность их износа.

Для охлаждения трущихся элементов уплотнения и повышения его герметичности в кольцевую проточку 9 по каналу 10 подается смазочно-охлаждающая жидкость.

По сравнению с известными техническими решениями изобретение обладает следующими технико-экономическими преимуществами:
- образование кольцевых полостей за счет коаксиального расположения уплотняющих выступов аксиально подвижных вращающегося и невращающегося элементов, заполненных уплотняющими элементами, выполненными из набивочного сальникового материала, обеспечивает последними одновременного выполнения функций основного элемента уплотнения в сопряжении вращающийся и невращающийся аксиально подвижные элементы и вторичного уплотнения этих элементов в зоне сопряжения их с валом и стенкой камеры. Это повышает эффект самоуплотнения вследствие уменьшения сил трения при осевом смещении под действием давления рабочей среды аксиально подвижного вращающегося элемента, существенно упрощает конструкцию уплотнения;
- применение уплотняющих элементов, выполненных из набивочного сальникового материала и размещенных в коаксиально расположенных кольцевых полостях, снижает требования к точности изготовления и чистоте обработки торцевых уплотняющих выступов аксиально подвижных элементов, так как набивочный сальниковый материал, обладая повышенной деформативностью (пластичностью и эластичностью), под действием усилий предварительного нагружения и самоуплотнения легко компенсирует все возможные отклонения от соосности и параллельности сопрягаемых с ним поверхностей аксиально подвижных элементов. Применение уплотняющих элементов из набивочного сальникового материала повышает ресурс работы уплотнения, который определяется полным износом всего объема уплотняющего элемента. Существенно снижаются затраты на обслуживание узла, которые сводятся к замене набивочного сальникового материала без разборки и восстановления других деталей уплотнения;
- размещение дополнительного аксиально подвижного элемента между вращающимся и невращающимся аксиально подвижными элементами обеспечивает равенство нагрузок на уплотняющие элементы и снижение сил трения и износа за счет уменьшения относительных скоростей;
- выполнение кольцевой проточки на аксиально подвижном невращающемся элементе, связанной каналом с источником подачи смазочно-охлаждающей жидкости, позволяет уменьшить радиальный габарит конструкции в случае реализации технического решения коаксиального двойного уплотнения.

Использование: конструкции уплотнительных узлов, преимущественно центробежных насосов. Сущность: торцевые уплотняющие выступы аксиально подвижных вращающегося и невращающегося элементов размещены коаксиально относительно друг друга. Поверхности аксиально подвижных элементов, уплотняемого вала и камеры образуют кольцевые полости, в которых установлены уплотняющие элементы. Уплотняющие элементы выполнены из набивочного сальникового материала, заполняющего весь объем, образованный кольцевыми полостями, 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Уплотнение вращающегося вала, содержащее аксиально подвижные вращающийся и невращающийся элементы с торцевыми уплотняющими выступами, камеру, в полости которой размещены аксиально подвижные элементы, уплотняемый вал и источник подачи смазочно-охлаждающей жидкости, отличающееся тем, что торцевые уплотняющие выступы аксиально подвижных вращающегося и невращающегося элементов размещены коаксиально относительно друг друга, при этом поверхности аксиально подвижных элементов, уплотняемого вала и камеры образуют кольцевые полости, в которых установлены уплотняющие элементы, выполненные из набивочного сальникового материала, заполняющего весь объем, образованный кольцевыми полостями. 2. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным аксиально подвижным элементом, торцевые уплотняющие выступы которого расположены коаксиально относительно друг друга, размещенным между аксиально подвижными вращающимися и невращающимися элементами. 3. Уплотнение по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что на аксиально подвижном невращающемся элементе в зоне сопряжения его с соседним аксиально подвижным вращающимся элементом выполнены кольцевая проточка и канал, связывающий кольцевую проточку с источником подачи смазочно-охлаждающей жидкости.