УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА Российский патент 2002 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для герметизации вращающихся валов центробежных насосов и аппаратов химических производств с перешивающими устройствами.

Известна конструкция торцового уплотнения, одним из элементов которого является эластичное кольцо сальниковой набивки, расположенное в аксиально-подвижной подпружиненной обойме, герметично установленной на валу. Другим элементом пары трения является неподвижное металлическое кольцо, которое герметично крепится к корпусу агрегата ( см. заявку Франции 2519400, F 16 J 15/16, 1983).

К несовершенствам известной конструкции следует отнести недостаточную надежность работы узла пары трения особенно при давлениях уплотняемой жидкости выше 0,6÷0,7 МПа, а также достаточную чувствительность уплотнения к изменению режимных параметров, в частности перепада давлений жидкости. Причиной этого является значительная податливость эластичного кольца сальниковой набивки в осевом направлении, обусловленная низким модулем упругости материала кольца. При работе уплотнения это приводит к значительным по сравнению с твердыми парами трения неравномерным деформациям эластичного кольца сальниковой набивки гидростатическим давлением жидкости в уплотнительном зазоре. Это в свою очередь вызывает неравномерное распределение контактного давления по радиусу контакта и соответственно приводит к неравномерному изнашиванию торцовой пары, снижая надежность и долговечность уплотнительного узла.

Известна также конструкция торцевого уплотнения, которая содержит аксиально-подвижную обойму с эластичным кольцом сальниковой набивки и вращающееся уплотнительное кольцо, установленные герметично в корпусе и на валу соответственно. Отличительной особенностью такого уплотнения является то, что на дне гнезда обоймы под эластичным кольцом сальниковой набивки выполнены радиальные, наклонные или кольцевые канавки, замкнутые со стороны минимального давления среды в торцовой паре(см. а.с. СССР 811026, F 16 J 15/34, 1981). Данное техническое решение является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату. Однако конструкция известного уплотнения имеет недостаточную надежность, т.к. наличие канавки, выполненной на дне гнезда обоймы и замкнутой со стороны минимального давления в торцовой паре, увеличивает податливость эластичного кольца сальниковой набивки, что приводит к еще большему раскрытию стыка пары трения, к увеличению неравномерности контактного давления и увеличению протечки. Кроме того, уплотнение и в этом случае остается чувствительным к изменению перепада давлений, что также негативно сказывается на герметичности пары трения.

Задачей, на решение которой направлено настоящее техническое решение, является повышение надежности и увеличение срока службы уплотнения вала в широком диапазоне режимных параметров (скорости вращения вала и уплотняемого давления). Это достигается за счет обеспечения равномерного изнашивания пары трения по радиусу контакта, уменьшения величины контактного давления и соответственно интенсивности изнашивания путем создания различной по величине жесткости эластичного кольца сальниковой набивки по радиусу контакта, а также за счет увеличения контактного давления на боковую стенку гнезда обоймы, находящуюся со стороны избыточного давления среды, и тем самым предотвращения просачивания жидкости под набивку и ее выдавливания из обоймы. Таким образом, необходимо увеличить жесткость эластичного кольца сальниковой набивки со стороны максимального давления среды в зазоре и уменьшить ее со стороны минимального давления среды.

Поставленная задача решается тем, что в уплотнении вала, содержащем размещенное в гнезде обоймы кольцо сальниковой набивки, контактирующее с торцом твердого кольца и образующее с ним пару трения, дно и (или) боковая стенка гнезда обоймы выполнены в виде элементов переменной жесткости.

Сущность настоящего изобретения иллюстрируется графическими изображениями, где показано предлагаемое устройство и варианты его исполнения.

На фиг. 1 показано уплотнение вала в разрезе; на фиг.2 - вариант фрагмента I сечения пары трения с упругой плоской кольцевой пластиной; на фиг. 3 - вариант фрагмента I сечения пары трения с упругой плоской кольцевой пластиной с радиальными разрезами; на фиг.4 - сечение А-А фиг.3; на фиг.5 - вариант фрагмента I сечения пары трения с упругой плоской кольцевой пластиной с кольцевым пояском; на фиг.6 - вариант фрагмента I сечения пары трения с боковой стенкой гнезда обоймы, имеющей продольные разрезы; на фиг. 7 - вид Б фиг.6, часть развертки боковой стенки гнезда обоймы.

Уплотнение вала содержит герметично установленную на валу 1 аксиально-подвижную обойму 2 с кольцом 3 сальниковой набивки и неподвижное твердое кольцо 4, герметично установленное в корпусе 5. На дне гнезда обоймы 2 под кольцом 3 сальниковой набивки выполнена кольцевая канавка 6, замкнутая со стороны максимального давления в зазоре. На кольцевой поясок 7 установлен элемент переменной жесткости, выполненный в виде упругой плоской кольцевой пластины 8. В последней могут быть выполнены радиальные разрезы, которые образуют консольные участки 9 пластины (лепестки), как это показано на фиг.3 и 4. Упругая плоская кольцевая пластина 8 может быть также выполнена (фиг.5) с кольцевым пояском 10 со стороны высокого давления среды в паре трения. Кроме того, в боковой стенке 11 обоймы 2 со стороны низкого давления среды в паре трения могут быть выполнены продольные разрезы, которые образуют консольные пластины 12 (лепестки).

Уплотнение вала работает следующим образом.

Поджатие кольца 3 сальниковой набивки к неподвижному твердому кольцу 4 осуществляется давлением герметизируемой жидкости. Давление жидкости, нагружая контактную пару, расклинивает зазор пары трения. При нагружении пары трения кольцо 3 сальниковой набивки прогибается на участке с большим контактным давлением либо со стороны дна, либо со стороны боковой стенки 11, уменьшая тем самым контактную нагрузку на внутреннем диаметре, увеличивая сжатие кольца 3 сальниковой набивки и контактное давление на внешнем диаметре уплотнения. Таким образом, происходит выравнивание контактного давления и изнашивания по радиусу пары трения. Увеличение контактной нагрузки на внешнем диаметре предотвращает проникновение давления уплотняемой жидкости под кольцо 3 сальниковой набивки и соответственно выдавливание его из обоймы 2, а также предотвращает возникновение дополнительных утечек на оптимальном режиме.

При изменении режима, то есть при повышении давления, происходит самовыравнивание контактного давления за счет уже большого прогиба кольца сальниковой набивки либо со стороны дна, либо со стороны боковой стенки. Осевые и радиальные биения компенсируется податливостью кольца сальниковой набивки.

На решение поставленной задачи - повышение надежности и увеличение срока службы уплотнения вала - направлены и те усовершенствования, которые изложены в описании и дополнительных пунктах формулы изобретения.

Выполнение упругой плоской кольцевой пластины 8 с кольцевым пояском 7 со стороны высокого давления среды в паре трения позволяет обеспечить равномерное изнашивание по радиусу пары трения. Выполнение же упругой плоской кольцевой пластины 8 и боковой стенки 11 обоймы 2 с разрезами позволяет увеличивать податливость этих элементов, а также обеспечить выравнивание контактного давления и износа по радиусу контакта.

Таким образом, как основное решение, так и варианты его исполнения позволяют выполнить поставленную задачу - повысить надежность и увеличить срок службы уплотнения вала.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для герметизации вращающихся валов центробежных насосов и аппаратов химических производств с перемешивающими устройствами. В уплотнении вала, содержащем размещенное в гнезде обоймы кольцо сальниковой набивки, контактирующее с торцом твердого кольца и образующее с ним пару трения, дно и/или боковая стенка гнезда выполнены в виде элементов переменной жесткости. Выполнение упругой плоской кольцевой пластины с кольцевым пояском со стороны высокого давления среды в паре трения позволяет обеспечить равномерное изнашивание по радиусу пары трения, а выполнение упругой плоской кольцевой пластины и боковой стенки обоймы с разрезами позволяет увеличивать податливость этих элементов, обеспечить выравнивание контактного давления и износа по радиусу контакта. Изобретение повышает надежность и увеличивает срок службы уплотнения в широком диапазоне режимных параметров. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Уплотнение вала, содержащее размещенное в гнезде обоймы кольцо сальниковой набивки, контактирующее с торцом твердого кольца и образующее с ним пару трения, отличающееся тем, что дно и/или боковая стенка гнезда обоймы выполнены в виде элементов переменной жесткости. 2. Уплотнение вала по п. 1, отличающееся тем, что элемент переменной жесткости дна гнезда обоймы выполнен в виде упругой плоской кольцевой пластины, опирающейся на кольцевой поясок дна обоймы, расположенный со стороны высокого давления среды в паре трения. 3. Уплотнение вала по п. 2, отличающееся тем, что в упругой плоской кольцевой пластине выполнены радиальные разрезы, образующие консольные участки пластины (лепестки). 4. Уплотнение вала по п. 2, отличающееся тем, что упругая плоская кольцевая пластина выполнена с кольцевым пояском со стороны высокого давления среды в паре трения. 5. Уплотнение вала по п. 1, отличающееся тем, что в боковой стенке гнезда обоймы со стороны низкого давления среды в паре трения выполнены продольные разрезы, образующие консольные пластины (лепестки).