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

Изобретение относится к области техники, а именно к уплотнительным устройствам валов машин, конкретно к гидродинамическим торцовым уплотнениям.

Известно, что система микроканалов, выполненная на поверхности трения, улучшает условия смазки контактирующих поверхностей (см. Снеговский Ф.П., Виниченко И. В. Проблемы трения и износа, Киев, 1980, N 18, с. 86-89) и, в частности, улучшает гидродинамический режим работы торцового уплотнения (см. Analysis of face seal with shreaded рockets. "Trans. ASME, J. Lubric. Technol.", 1982, v. 104, N 2, p. 262-270).

Известны гидродинамические торцовые уплотнения с выполненными на торце одного из колец пары трения канавками различной конфигураций и размеров, глубины впадин и пр. (см. Голубев Г.А., Кукин Г.М., Лазарев Г.Е.,Чичинадзе А. В. Контактные уплотнения вращающихся валов. М.: Машиностроение, 1976, с. 200, рис. 115, с. 201, рис. 116).

Недостатком указанных торцовых уплотнений является изменение эффекта гидродинамического смазывания зоны трения в процессе работы вследствие износа торцов колец и искажения геометрических характеристик канавок (вплоть до полного исчезновения канавок при значительном износе), что может наблюдаться при длительной работе, при переходных режимах работы машины, при наличии абразивной среды и т.д.

Известно торцовое уплотнение (см. авт. св. N 777300, кл. F 16 J 15/34, заявл. 19.01.76, з. N 2322561, опубл. 07.11.80), рассматриваемое в качестве прототипа, содержащее вращающееся и невращающееся кольца, установленные на валу и в корпусе, упругие элементы, обеспечивающие контактирование колец, и вторичные уплотнения, в котором на подвижном кольце выполнен замкнутый кольцевой микрорельеф в виде выемок.

Торцовое уплотнение имеет тот же недостаток: износ торцов приводит к изменению геометрии выемок, к снижению гидродинамического эффекта.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка гидродинамического торцового уплотнения, для которого эффект гидродинамического смазывания поверхностей трения не зависит от их износа в процессе эксплуатации,
Технический результат от использования предлагаемого устройства заключается в повышении надежности и долговечности уплотнения.

Средство достижения указанного технического результата состоит в том, что в известном гидродинамическом торцовом уплотнении, включающем пару трения, образованную вращающимся и невращающимся кольцами, установленными соответственно на валу и в корпусе, упругий элемент, обеспечивающий контактирование колец смежными торцами, вторичные уплотнения, а также выполненную на торце одного из колец систему каверн, образующую кольцевой микрорельеф, система каверн образована сквозными осевыми каналами произвольного профиля в кольцевом вкладыше, размещенном с возможностью осевого перемещения в глухой кольцевой канавке, выполненной на торце одного из колец, при этом вкладыш подпружинен относительно днища канавки посредством упругого элемента, например пружины сжатия, одной или нескольких.

Существо конструкции поясняется фиг. 1 (продольный разрез) и фиг. 2, 3, 4 (сечение по А-А на фиг. 1).

Устройство состоит из корпуса 1 и вала 2. Торцовая пара трения образована невращающимся кольцом 3, зафиксированным от поворота штифтом 4 и герметизированное в корпусе 1 вторичным уплотнением 5, например резиновым кольцом, и вращающимся кольцом 6 на валу 2 с вторичным уплотнением 7, например прокладкой. Взаимное поджатие колец 5 и 6 обеспечивается пружиной 8 сжатия (одной или несколькими) с упором в корпус. В торце одного из колец, например вращающегося кольца 6, выполнена глухая кольцевая канавка 9, в которой установлен с возможностью осевого перемещения кольцевой вкладыш 10, в котором выполнены вдоль окружности сквозные осевые каналы 11. Вкладыш 10 подпружинен относительно днища 12 упругим элементом 13, например пружиной сжатия, одной или несколькими. На фиг. 2, 3, 4 показаны варианты исполнения осевых каналов 11 во вкладыше 10. Каналы 11 могут иметь произвольную форму. На фиг. 2 вкладыш 10 изображен в виде гофрированного тонкостенного кольца, на фиг. 3 каналы 11 образованы выемками между радиальными выступами 14 на наружной поверхности вкладыша 10, на фиг. 4 каналы 11 образованы сквозными отверстиями во вкладыше 10. Каналы 11 образуют кольцевую систему каверн во вкладыше 10, каналы 11 могут быть выполнены с наклоном в направлении вращения вала 2 или в обратном направлении.

Устройство работает следующим образом.

Вкладыш 10 с расположенными вдоль окружности сквозными каналами 11, образующими систему каверн, размещенный в канавке 9 относительно кольца 6 и подпружиненный упругим элементом 13 относительно днища 12 канавки 9, контактирует с кольцом 3 и обеспечивает при вращении возникновение гидродинамического эффекта. Появляющаяся в зоне трения колец 3 и 6 пленка рабочей жидкости снижает трение, повышает работоспособность уплотнения. При наличии износа колец 3 и 6 под действием упругого элемента 13 вкладыш 10 выдвигается из канавки 9 и при любом износе колец 3 и 6 продолжает контактировать с кольцом 3 с сохранением (воспроизведением) профиля поперечного сечения вкладыша 10, так как профиль каналов 11 одинаков вдоль оси вкладыша.

Таким образом предлагаемое устройство обеспечивает повышение надежности и долговечности уплотнения при наличии износа колец 3 и 6 в процессе эксплуатации.

В качестве примера возможного применения предлагаемого устройства можно указать использование его в агрегатах, работающих при переменных режимах вращения, высоких оборотах вала (20000... 30000 об/мин), при среднем контактном давлении более 0,2 мПа и др.

Устройство не представляет технических и технологических трудностей для изготовления известными приемами металлообработки.

Изобретение относится к области техники, а именно к уплотнительным устройствам валов машин, конкретно к гидродинамическим торцовым уплотнениям. В торцовом уплотнении система каверн образована сквозными осевыми каналами произвольного профиля в кольцевом вкладыше. Вкладыш размещен с возможностью осевого перемещения в глухой кольцевой канавке, выполненной на смежном торце одного из колец. При этом вкладыш подпружинен относительно днища канавки посредством упругого элемента, например пружины сжатия, одной или нескольких. Изобретение позволяет повысить надежность и долговечность уплотнения путем устранения зависимости эффекта гидродинамического смазывания поверхностей трения от их износа в процессе эксплуатации. 4 ил.

Гидродинамическое торцовое уплотнение, включающее пару трения, образованную вращающимся и невращающимся кольцами, установленными соответственно на валу и в корпусе, упругий элемент, обеспечивающий контактирование колец смежными торцами, вторичные уплотнения, а также выполненную на торце одного из колец систему каверн, образующую кольцевой микрорельеф, отличающееся тем, что система каверн образована сквозными осевыми каналами произвольного профиля в кольцевом вкладыше, размещенном с возможностью осевого перемещения в глухой кольцевой канавке, выполненной на торце одного из колец, при этом вкладыш подпружинен относительно днища канавки посредством упругого элемента, например пружины сжатия, одной или нескольких.