ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ СИСТЕМЫ КУЗЬМИНА С.А. Российский патент 1998 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к уплотнениям между подвижными относительно друг друга валом и корпусом гидравлической машины. Предлагаемое уплотнение является торцовым уплотнением и может быть использовано во всех областях машиностроения, где необходимо герметизировать корпуса машин (агрегатов) при наличии выходных высокоскоростных валов.

Известные технические решения конструкций (устройств) торцевых уплотнений позволяют уплотнять вращающиеся валы (роторы) либо с компенсацией радиального биения вала 1, либо с компенсацией как радиального, так и углового биений (2, 3, 4).

Наиболее близким техническим решением к предполагаемому изобретению является торцевое уплотнение 4, содержащее уплотнительные кольца в виде шаровых сегментов, сферические поверхности которых взаимодействуют с коническими участками поверхности расточек обойм. Эта конструкция позволяет компенсировать как угловые, так и радиальные биения вала за счет перемещения колец одно относительно другого и поворота колец в расточках обойм соответственно, однако, в связи с наличием больших контактных напряжений, возникающих при контактах кольца и обоймы (сопряжение деталей по поверхностям "конус - сфера"), имеется повышенный износ контактирующих деталей торцевого уплотнения.

Цель предполагаемого изобретения - увеличение надежности торцевого уплотнения. Указанная цель достигается тем, что в известном торцевом уплотнении, содержащем неподвижное и вращающееся уплотнительные кольца, каждое из которых размещено в расточке обоймы, а обоймы установлены на уплотняемом валу и корпусе машины с возможностью аксиального перемещения, причем обоймы содержат вторичные уплотнения, согласно предполагаемому изобретению опорные поверхности уплотнительных колец выполнены сферическими, а расточки обойм имеют сферическую поверхность с радиусом, равным радиусу сферической поверхности уплотнительных колец 5, 6, 7, а также тем, что контактирующие сферические поверхности обойм и (или) уплотнительных колец имеют вторичные уплотнения.

На фиг. 1 представлено торцевое уплотнение; на фиг. 2 - положение деталей торцевого уплотнения во время работы; на фиг. 3 - конструкция вторичного уплотнения контактирующих сферических поверхностей.

Торцевое уплотнение вала 1 (фиг. 1) состоит из уплотнительных колец 2 и 3, выполненных как шаровой сегмент и установленных в сферических расточках обойм 4 и 5; кольца соприкасаются между собой плоскими поверхностями, а кольца и обоймы - сферическими поверхностями. Кольца могут иметь антифрикционные покрытия 6, 7. Обоймы имеют вторичные уплотнения из эластичных колец 8, 9 и смонтированы на вал 1 и на опору 10 с возможностью аксиального перемещения. Пружина 11 воздействует на упомянутые детали торцевого уплотнения в аксиальном направлении к уплотняемому корпусу 12. Штифты 13 устраняют вредные угловые подвижности колец относительно обойм, а также обойм относительно вала и опоры. Все детали выполнены из распространенных машиностроительных материалов.

Торцевое уплотнение работает следующим образом ( фиг. 2). При вращении вала 1 вращается обойма 4, при этом усилием от пружины 11 прижимается вращающееся уплотнительное кольцо 2 к неподвижному уплотнительному кольцу 3, тем самым обеспечивая уплотнение корпуса гидравлической машины. В случае наличия радиального биения Δ вала 1 (например, из-за несоосности геометрической оси и оси вращения вала) кольцо 2 скользит по кольцу 3, сохраняя герметичность корпуса машины. В случае возникновения углового смещения α уплотняемого вала 1 относительно корпуса 10 (вследствие износа подшипников вала и т.п.) кольцо 2 под воздействием стабилизирующего момента, возникающего от пары сил инерции массы кольца, стремится занять положение, при котором момент сил минимален; кольцо 2 под воздействием момента сил смещается относительно обоймы 4, а кольцо 3, контактируя с кольцом 2, занимает новое положение в обойме 5 - происходит самоустановка колец движением по сферическим опорным поверхностям. Вторичные уплотнения 8 и 9 устраняют возможность протекания среды в (из) уплотняемый (-ого) корпуса машины между обоймой и валом, а также обоймой и опорой, и могут быть выполнены в виде эластичных колец, изготовленных, например, в виде резиновых колец O-образного сечения и установленных в канавках, выточенных внутри обойм. Возможность протекания среды между сферическими поверхностями уплотнительных колец и обойм уменьшается путем применения углублений 14 концентричного типа (фиг. 3), которые работают как лабиринтное уплотнение [8].

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 763638, кл. F 16 J 15/34, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР N 892073, кл. F 16 J 15/34, 1981.

3. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 3-х книгах. Кн. 3. - М.: Машиностроение, 1977, с. 106.

4. Авторское свидетельство СССР N 1028928, кл. F 16 J 15/34, 1983.

5. Решетников Л. Н. Самоустановливающиеся механизмы: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985, с. 170 рис. 4.26.

6. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 3-х книгах. Кн. 1. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1977, с. 355.

7. Там же, с. 578.

8. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 3-х книгах. Кн. 3. - М.: Машиностроение, 1977, с. 113 - 117.

Торцевое уплотнение относится к уплотнительной технике, а именно к торцовым уплотнениям валов гидравлических машин. При вращении подвижного уплотнительного кольца вместе с валом и обоймой происходит контакт кольца с неподвижным уплотнительным кольцом, которое, в свою очередь, опирается на обойму. Обоймы имеют вторичные уплотнения соответственно, уплотняющие обоймы по валу и опоре, установленной в корпусе машины. Предварительное аксиальное усилие создается винтовой цилиндрической пружиной, приложенное между валом и обоймой подвижного уплотнительного кольца, имеющей возможность аксиального перемещения вдоль вала. Во время работы машины возникают радиальные и угловые смещения уплотняемого вала, которые воспринимаются кольцами за счет скольжения относительно друг друга в радиальном направлении и за счет углового перемещения по сферическим поверхностям, имеющихся на кольцах и обоймах. Изобретение повышает надежность устройства. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Торцевое уплотнение системы, содержащее неподвижное и вращающееся уплотнительные кольца, каждое из которых размещено в расточке обоймы, а обоймы установлены на уплотняемом валу и корпусе машины с возможностью аксиального перемещения, причем обоймы содержат вторичные уплотнения, отличающееся тем, что опорные поверхности уплотнительных колец выполнены сферическими, а расточки обойм также имеют сферическую поверхность с радиусом, равным радиусу сферической поверхности уплотнительных колец. 2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что контактирующие сферические поверхности обойм и/или уплотнительных колец имеют вторичные уплотнения.