ДВОЙНОЕ ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 2001 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к уплотнениям вращающихся валов, например, центробежных компрессоров и насосов.

Известна конструкция двойного торцового уплотнения, содержащая установленное на валу опорное кольцо, по обе стороны которого расположены еще два аксиально-подвижных кольца, установленных в корпусе [1].

Однако применение таких конструкций ограничено из-за повышенного износа колец, так как они при работе контактируют друг с другом.

Наиболее близкой по назначению технической сущности и достигаемому результату является конструкция двойного торцового уплотнения, принятая за прототип и состоящая из опорного кольца, установленного на валу, а также двух аксиально-подвижных колец, герметично скрепленных между собой и установленных в корпусе, причем в этих кольцах выполнены каналы, соединяющие зазор между поверхностями трения с полостью высокого давления, благодаря чему аксиально-подвижные кольца, скрепленные между собой, самоустанавливаются относительно опорного кольца, расположенного на валу [2].

Недостатком данного уплотнения является то, что при отсутствии давления самоустановки аксиально-подвижных колец не происходит.

В основу изобретения поставлена техническая задача повышения надежности двойного торцового уплотнения за счет поддержания оптимальной величины зазора между опорным кольцом, установленным на валу, и аксиально-подвижными кольцами, жестко скрепленными между собой и расположенными в корпусе.

Поставленная задача решается тем, что в известной конструкции двойного торцового уплотнения вала, содержащей корпус, установленное на валу опорное кольцо и жестко соединенные между собой аксиально-подвижные кольца, расположенные в корпусе с обеих сторон опорного кольца, при этом рабочие торцы опорного кольца и примыкающие к ним рабочие торцы аксиально-подвижных колец образуют пары трения, отделявшие друг от друга полости высокого и низкого давления, согласно изобретению каждый из рабочих торцев опорного кольца и аксиально подвижных колец снабжен по меньшей мере одним кольцевым постоянным магнитом, причем магниты в рабочих торцах опорного кольца и магниты в рабочих торцах аксиально-подвижных колец обращены друг к другу одноименными полюсами.

Каждый рабочий торец опорного кольца и аксиально-подвижных колец может быть снабжен, например, парой кольцевых постоянных магнитов, причем магниты внутри каждой пары соединены друг с другом магнитопроводом и расположены соосно валу.

Таким образом, предлагаемое техническое решение отличается от прототипа следующими признаками:
- каждый из рабочих торцев опорного кольца и аксиально-подвижных колец снабжен по меньшей мере одним кольцевым постоянным магнитом;
- магниты в рабочих торцах опорного кольца и магниты в рабочих торцах аксиально-подвижных колец обращены друг к другу одноименными полюсами;
- рабочие торцы опорного кольца и аксиально-подвижных колец могут быть снабжены парами кольцевых постоянных магнитов;
- магниты внутри каждой пары могут быть соединены друг с другом магнитопроводом и расположены соосно валу.

Перечисленные выше признаки являются существенными отличительными признаками, которые в совокупности с известными являются необходимыми и достаточными для решения поставленной задачи:
- наличие в каждом из рабочих торцев опорного кольца и аксиально-подвижных колец по меньшей мере одного кольцевого постоянного магнита и обращение друг к другу одноименными полюсами магнитов в рабочих торцах опорного кольца и магнитов в рабочих торцах аксиально-подвижных колец обеспечивает плоскопараллельность рабочих торцовых поверхностей и поддерживает расчетную величину уплотнительного зазора в широком диапазоне давлений и частот вращения вала, что в свою очередь способствует решению поставленной технической задачи, а именно повышает надежность работы уплотнения за счет возникновения момента, стремящегося при перекосе взаимного расположения примыкающих друг к другу элементов, восстановить плоскопараллельность рабочих торцовых поверхностей колец;
- установка в каждом из колец, например, по паре кольцевых постоянных магнитов, соединение магнитов внутри каждой пары магнитопроводом и расположение их соосно валу усиливает описанный выше эффект восстановления плоскопараллельности рабочих зазоров между торцовыми поверхностями колец.

Указанная выше причинно-следственная связь подтверждает соответствие заявляемого технического решения критерию изобретательского уровня.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез двойного торцового уплотнения с одним постоянным магнитом в каждом из рабочих торцев колец, а на фиг. 2 - разрез двойного торцового уплотнения, в каждом из рабочих торцев колец которого установлено по два кольцевых постоянных магнита, соединенных магнитопроводами.

Уплотнение состоит из корпуса 1, в котором установлены аксиально-подвижные кольца 2 и 3, рабочие торцовые поверхности 4 и 5 которых расположены против рабочих торцовых поверхностей 6 и 7 опорного кольца 8, установленного на валу 9. Кольца 2 и 3 жестко соединены между собой так, что расстояние между рабочими поверхностями 4 и 5 больше толщины опорного кольца 8 на 8-10 мкм. В рабочих торцах колец 2, 3 и 8 установлено по кольцевому постоянному магниту 10, 11 и 12, 13 соответственно. Магниты 10, 11 и 12, 13 обращены друг к другу одноименными полюсами.

На фиг.2 показан вариант выполнения двойного торцового уплотнения, в каждом из рабочих торцев колец 2, 3 и 8 которого установлено по два кольцевых постоянных магнита 10 и 16, 11 и 17, а также 12 и 14, 13 и 15. Удаленные от рабочих торцовых поверхностей колец полюсы каждой пары кольцевых магнитов соединены между собой магнитопроводами 18.

Уплотнение работает следующим образом.

В исходном положении под действием сил магнитных полей магнитов 10 и 11 и магнитов 12 и 13 кольца 2 и 3 отталкиваются от кольца 8 и устанавливаются с определенными уплотнительными зазорами относительно последнего. Осевое перемещение вала, а вместе с ним и кольца 8 во время работы приводит к изменению величины уплотнительных зазоров между кольцами, так как кольца 2 и 3 жестко связаны между собой, то с увеличением зазора на одном участке происходит уменьшение зазора на другом.

При этом на том участке, где больше зазор, отталкивающая сила взаимодействия магнитных полей постоянных кольцевых магнитов уменьшается, а с уменьшением зазора - возрастает. Таким образом, на кольца 2 и 3 начинает действовать осевая сила, стремящаяся восстановить оптимальные зазоры между кольцами 2, 3 и кольцом 8.

При перекосе между кольцами 2 и 3 и опорным кольцом 8 на том месте, где зазор между кольцами меньше, отталкивающая сила взаимодействия магнитных полей больше, а на том, где зазор больше - сила взаимодействия уменьшается, т.е. возникает момент, стремящийся восстановить плоскопараллельность рабочих торцовых поверхностей колец, что способствует более надежной работе уплотнения.

Этот эффект усиливается при установке в каждом из рабочих торцев колец по паре и более кольцевых постоянных магнитов. Так, если расстояние между кольцевыми магнитами 14 и 17 (фиг. 2) меньше, чем между магнитами 11 и 12, то отталкивающая сила магнитных полей магнитов 14 и 17 превышает силу взаимодействия между магнитами 11 и 12. Таким образом, возникает момент, под действием которого рабочие поверхности колец двойного торцевого уплотнения, устанавливаются параллельно друг другу.

Таким образом, предлагаемое техническое решение, по сравнению с прототипом и другими техническими решениями, обладает технико-экономическими преимуществами, заключающимися в повышении надежности уплотнения, вследствие создания условий самоустановки аксиально-подвижних колец относительно вращающегося кольца, установленного на валу. Все это обеспечивает широкое применение двойных торцовых уплотнении в центробежных насосах и компрессорах.

Источники информации
1. Л. А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овондер и др. Уплотнение и уплотнительная техника: Справочник. - М.: Машиностроение, 1986, с.290.

2. Авт. св. СССР N 1525388, МПК 6 F 16 J 15/34, БИ 44, 1989.

Изобретение относится машиностроению, а именно к уплотнениям вращающихся валов. Двойное торцовое уплотнение вала содержит корпус, в котором установлены аксиально-подвижные кольца, рабочие торцовые поверхности которых расположены против рабочих торцовых поверхностей опорного кольца, установленного на валу. В рабочих торцах колец установлено по кольцевому магниту. При этом магниты обращены друг к другу одноименными полюсами. При перекосе между кольцами и опорным кольцом возникает момент, стремящийся восстановить плоскопараллельность рабочих торцовых поверхностей колец, что способствует более надежной работе уплотнения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двойное торцовое уплотнение вала, содержащее корпус, установленное на валу опорное кольцо и жестко соединенные между собой аксиально-подвижные кольца, расположенные с обеих сторон опорного кольца, при этом рабочие торцы опорного кольца и примыкающие к ним рабочие торцы аксиально-подвижных колец образуют пары трения, отделяющие друг от друга полости высокого и низкого давления, отличающееся тем, что каждый из рабочих торцов опорного кольца и аксиально-подвижных колец снабжен, по меньшей мере, одним кольцевым постоянным магнитом, причем магниты в рабочих торцах опорного кольца и магниты в рабочих торцах аксиально-подвижных колец обращены друг к другу одноименными полюсами. 2. Двойное торцовое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что каждый рабочий торец опорного кольца и аксиально-подвижных колец снабжен, например, парой кольцевых постоянных магнитов, причем магниты каждой пары соединены друг с другом магнитопроводом и расположены соосно с валом.