УПЛОТНЕНИЕ ТОРЦЕВОЕ Российский патент 2003 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к уплотнениям торцевым, и может быть использовано во многих отраслях народного хозяйства для уплотнения вращающихся валов машин и механизмов.

Известна конструкция торцового уплотнения вращающегося вала, содержащая уплотнительные кольца из углеграфитового материала, запрессованные в металлические обоймы, источник регулируемого давления в месте сопряжения уплотнительного кольца и металлической обоймы (см. авторское свидетельство СССР 1413341, МПК F 16 J 15/34, опубл. 30.07.88 г.).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является уплотнение торцовое, содержащее невращающееся и вращающееся кольца, составляющие пару трения, вторичные уплотнения, пружину и поводки, опорную для пружины шайбу, каждый из поводков состоит из двух параллельных друг другу участков, соединенных средним переходным участком (см. авторское свидетельство СССР 2136995, МПК F 16 J 15/34, опубл.10.09.99 г.).

Недостатком известных устройств торцового уплотнения является то, что кольца пары трения запрессованы в обойму с выступающей за торцы обойм частью кольца, что приводит к разрушению колец, так как в них создается разница внутренних напряжений в запрессованной и выступающей частях, и, как следствие, может привести к расслоению материала колец по плоскости трения.

Задачей заявляемого изобретения является повышение прочности, ресурса и надежности торцового уплотнения.

Технический результат, получаемый в результате решения задачи, - исключить разрушение колец пар трения.

Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом уплотнении торцевом, содержащем невращающееся и вращающееся кольца, запрессованные в металлические обоймы и составляющие пару трения, вторичные уплотнения, упругие элементы и поводки, согласно изобретению, кольца пары трения запрессованы в металлические обоймы заподлицо с торцами обойм, совпадающими с плоскостью трения колец.

При этом внешние поверхности одной или обеих обойм, смежные с плоскостью трения, имеют конусообразную форму с углом наклона к плоскости трения.

Причем кольца пары трения выполнены из твердого износостойкого материала.

Заявляемое уплотнение торцевое иллюстрируется чертежом, где изображен общий вид устройства (двойное торцовое уплотнение) в разрезе.

Уплотнение торцевое содержит невращающееся 1 и вращающееся 2 кольца, металлические обоймы 3 и 4, 3 и 5, составляющие вместе две пары трения, вторичные уплотнения 6 и 7, пружины 8 и поводки 9 и 10. На чертеже позицией 11 обозначена плоскость трения колец, а 12 и 13 - внешние поверхности обойм 3 и 4 (один вариант исполнения), смежные с плоскостью трения, 14 - внешняя поверхность обоймы 5, смежная с плоскостью трения (другой вариант исполнения), 15 - вал машины или агрегата.

Рассмотрим два варианта выполнения смежных поверхностей обойм. Первый вариант - обоймы 3 и 5, например смежная поверхность одной из них, например 3, - конусная поверхность 12, а другой обоймы, например 5, поверхность 14 - совпадает с плоскостью трения 11. Второй вариант - обе смежные поверхности 12 обойм 3 и 4 выполнены под углом к плоскости трения 11.

При этом угол наклона смежных поверхностей может быть подобран практически и составлять, например, от 5^o до 45^o. Если угол наклона менее 5^o, то возрастает опасность перегрева пары трения в плоскости 11 из-за ограниченного доступа рабочей жидкости, которая выполняет также роль охлаждающей. Если угол наклона больше 45^o, то происходит уменьшение необходимого натяга металлической обоймы относительно кольца, в результате чего возрастает неравномерность натяга по высоте запрессовки, что приводит также к возникновению значительных напряжений сдвига между слоями твердого кольца и, как следствие, к его расслоению.

При использовании для трущихся колец твердых износостойких материалов, например силицированного графита, или металлокерамического твердого сплава, или карбида кремния, износ колец, работающих, как правило, по одноименному материалу, незначителен, поэтому величина выступающей части может быть уменьшена практически до нуля.

Устройство работает следующим образом. Вращение вала 15 через поводки 9 и 10 и обоймы 4 и 5 передается вращающимся кольцам 2, которые под действием пружины 8 прижимаются к невращающимся кольцам 1, предотвращая, в совокупности со вторичными уплотнениями 6 и 7, утечки рабочей среды в атмосферу или соседнюю полость.

Выполнение поверхностей 12-13 обойм 3-4 конусообразной формы с углом наклона к плоскости трения 11 или одной 12 в паре 12 - 14 обойм 3-5 обеспечивает возможность доступа в зону трения колец 1 и 2 рабочей среды и тем самым охлаждает обоймы 3-4 и 3-5 и кольца 1 и 2, а также предотвращает контакт обойм 3-4 и 3-5 между собой, улучшая теплоотвод с плоскости трения 11 колец 1 и 2, и повышает надежность работы уплотнения торцевого.

В заявляемом устройстве уплотнения торцевого использованы металлические обоймы, например, из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, кольца выполнены из твердого износостойкого материала, например из силицированного графита ГАКК 55/40, при этом конусность торцевой поверхности обойм составляет угол наклона, например, 45^o.

Преимуществом заявляемого уплотнения торцевого является то, что в кольцах 1 и 2 пар трения имеются только напряжения сжатия и отсутствуют напряжения сдвига за счет запрессовки колец заподлицо, что обеспечивает высокую прочность пары трения, ресурс и надежность трущихся колец и уплотнения торцевого в целом.

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к уплотнениям торцевым, и может быть использовано во многих отраслях народного хозяйства для уплотнения вращающихся валов машин и механизмов. В уплотнении торцевом, содержащем невращающееся и вращающееся кольца, запрессованные в металлические обоймы и составляющие пару трения, вторичные уплотнения, упругие элементы и поводки, кольца пары трения запрессованы в металлические обоймы заподлицо с торцами обойм, совпадающими с плоскостью трения колец. При этом внешние поверхности одной или обеих обойм, смежные с плоскостью трения, имеют конусообразную форму с углом наклона к поверхности трения. Причем кольца пары трения выполнены из твердого износостойкого материала. В кольцах пар трения имеются только напряжения сжатия и отсутствуют напряжения сдвига за счет запрессовки колец заподлицо, что обеспечивает высокую прочность пары трения, ресурс и надежность трущихся колец и уплотнения торцевого в целом. 1 ил.

Уплотнение торцевое, содержащее невращающееся и вращающееся кольца, запрессованные в металлические обоймы, и составляющие пару трения, вторичные уплотнения, упругие элементы и поводки, отличающееся тем, что кольца пары трения запрессованы в металлические обоймы заподлицо в торцами обойм, совпадающими с плоскостью трения колец, при этом внешние поверхности одной или обеих обойм, смежные с плоскостью трения, имеют конусообразную форму с углом наклона к плоскости трения, причем кольца пары трения выполнены из твердого износостойкого материала.