БЕСКОНТАКТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА Российский патент 1999 года по МПК F04D29/08 F16J15/44 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к технике герметизации валов машин посредством бесконтактных уплотнений, винтовых или лабиринтных.

Из анализа уровня техники известны (см.кн. Э.А.Васильцов "Бесконтактные уплотнения". Л. , Машиностроение, 1974, с.14, 15) винтовые и лабиринтные уплотнения валов.

В качестве наиболее близкого аналога (прототип) может быть принято бесконтактное уплотнение вала (источник тот же, рис. 56 и 46 ), содержащее корпус и вал, размещенный с радиальным зазором в цилиндрическом отверстии корпуса. На наружной поверхности вала выполнен желоб, ориентированный по винтовой линии или представляющий собой замкнутую кольцевую проточку.

Недостаток конструкции, общий для лабиринтных и винтовых уплотнений валов, заключается в наличии значительной утечки при повышенном давлении рабочей среды (более 1 мПа) и невысокой окружной скорости вала (менее 10 м/с) при работе на маловязких жидкостях типа керосина.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является усовершенствование конструкции бесконтактного уплотнения.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности герметизации.

Средство достижения указанного технического результата состоит в том, что в известном бесконтактном уплотнении вала, содержащем корпус и размещенный с радиальным зазором в цилиндрическом отверстии корпуса вал с выполненными на его наружной поверхности желобами, одним или несколькими, образующими с корпусом гидравлический тракт с зонами сужения и расширения потока, желоба выполнены перфорированными с образованием ряда последовательно размещенных на поверхности вала изолированных друг от друга каверн, разнящихся формой и/или объемом и/или расположенных под различными углами относительно оси вала, при этом каверны могут быть выполнены в виде радиальных цилиндрических впадин.

Существо конструкции поясняется фиг. 1 (продольный разрез) и фиг.2 (сечение по А-А на фиг. 1), где изображено в качестве примера предлагаемое лабиринтное уплотнение, на фиг.5 и фиг.4 изображен продольный разрез вала бесконтактного уплотнения (лабиринтного и винтового) с желобом в виде ряда радиальных впадин.

Устройство состоит из корпуса 1 и вала 2. В цилиндрическом отверстии 3 корпуса 1 с радиальным зазором установлен вал 2, на наружной поверхности 4 которого выполнен желоб 5, причем форма расположения желоба 5 на валу 2 может быть различной, известной в технике герметизации, т.е. ориентированной по винтовой линии (фиг.3), в виде замкнутого кольца ( в плоскости, перпендикулярной к оси вала или наклонной - угол β, фиг.4) или другой конфигурации. Желоб 5 выполнен перфорированным в виде последовательно размещенных на поверхности вала 2 каверн 6, изолированных друг от друга, например, перемычками (перегородками) 7. На фиг.3 и 4 изображены варианты уплотнения с кавернами, выполненными в виде радиальных впадин 8 цилиндрической формы, оси которых перпендикулярны к оси вала 2. Центральные углы α₁, α₂, α₃ на фиг.2 между осями могут быть различными, кроме того, каверны 6 (фиг.2) могут отличаться по форме и/или объему своих полостей, впадины 8 (фиг.3 и 4) могут также отличаться между собой по диаметру и/или глубине, т.е. по объему.

Устройство работает следующим образом. В лабиринтном и винтовом уплотнении поток в желобах изменяет направление течения, испытывает воздействие стенок желоба, происходит образование вихрей, локальные кавитационные явления, интенсивная турбулизация потока, что, как известно, связано с потерей энергии и увеличением гидравлического сопротивления тракта. В предлагаемом устройстве к этим процессам добавляются центробежные эффекты, поскольку перемычки 7 между кавернами 6 действуют подобно лопаточной машине. Порции рабочей среды выбрасываются из каверн 6 в зазор между корпусом 1 и валом 2, способствуя увеличению турбулизации потока. Выполнение устройства с различными по объему кавернами 6 и размещение их на валу 2 с различными центральными углами (фиг.2) усиливает этот процесс. В результате увеличивается сопротивление тракта, что способствует уменьшению утечки через уплотнение. Таким образом достигается технический результат.

Устройство не представляет технических трудностей для изготовления известными приемами металлообработки, пайки, сварки и др. Кроме того, устройство может быть выполнено в виде комплекта размещенных на валу втулок, образующих в сборе перфорированные желоба с кавернами.

Бесконтактное уплотнение относится к технике герметизации валов машин. В бесконтактном уплотнении вала 2 желоба 5 выполнены перфорированными с образованием ряда последовательно размещенных на поверхности 4 вала 2 изолированных друг от друга каверн 6. Каверны разнятся формой, и/или объемом, и/или расположены под различными углами относительно оси вала 2. При этом каверны 6 могут быть выполнены в виде радиальных цилиндрических впадин 8. Изобретение повышает эффективность герметизации. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Бесконтактное уплотнение вала, содержащее корпус и размещенный с радиальным зазором в цилиндрическом отверстии корпуса вал с выполненными на его наружной поверхности желобами, одним или несколькими, образующими с корпусом гидравлический тракт с зонами сужения и расширения потока, отличающееся тем, что желоба выполнены перфорированными с образованием ряда последовательно размещенных на поверхности вала изолированных друг от друга каверн, разнящихся формой, и/или объемом, и/или расположенных под различными углами относительно оси вала. 2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что каверны выполнены в виде радиальных цилиндрических впадин.