ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА Российский патент 2004 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к торцовым уплотнениям для герметизации вращающихся валов агрегатов.

Обычно в уплотнениях вращающегося вала, в которых уплотняющий подвижный контакт состоит из вращающихся и не вращающихся (неподвижных) узлов, гильза, являющаяся элементом вращающегося узла уплотнения, закрепляется на валу с помощью винта или шпонки (RU, патент №2072460, F 16 J 15/34, 1997).

Недостатком таких конструкций является то, что на валу необходимо сверлить отверстие под крепеж, что ослабляет сечение вала, снижая надежность эксплуатации устройства.

Наиболее близким техническим решением является конструкция механического торцового уплотнения вращающегося вала, в котором гильза прикреплена к валу рабочего тела крепежным кольцом, стягиваемым болтом и гайкой (SU, 1702038 А, 30.12.1991).

Недостатком такого уплотнения является ненадежность крепления гильзы на валу большого диаметра при больших нагрузках.

Технической задачей изобретения является повышение нагрузочной способности и долговечности уплотнения для вращающихся валов большого диаметра и, соответственно, больших нагрузок.

Сущность технического решения заключается в том, что в торцовое уплотнение вращающегося вала, уплотняющий контакт которого образован взаимодействующими элементами неподвижного и вращающегося узлов, последний из которых включает гильзу и кольцо, по окружности торцовой поверхности гильзы выполнены симметрично расположенные два прямоугольных выступа, зафиксированные в кольце, введено второе кольцо, стянутое, например, с помощью болтов с первым кольцом, выполненного в виде двух полуколец с вытянутой центральной частью в виде цилиндрического выступа, в стыках между полукольцами расположены прямоугольные выступы гильзы, сами полукольца зафиксированы на верхней части полости гильзы, а на цилиндрический выступ полуколец надето второе кольцо, выполненное с ребром по ее внешней окружности, которое охватывает внешнюю часть поверхности полуколец, причем поверхность контакта внешней части цилиндрического выступа полуколец с внутренней частью второго кольца выполнена конусообразной, полукольца выполнены с продольными прорезями и поперечными проточками в виде концентрических окружностей, обеспечивающие плотный контакт полуколец с валом. Для фиксации в гильзе полуколец в торце по окружности их внутренней поверхности выполнена реборда, которая входит в паз, выполненный на наружной поверхности гильзы по ее окружности. Это позволяет надежно удерживать гильзу кольцами.

Угол уклона поверхности контакта цилиндрического выступа полуколец с внутренней частью второго кольца составляет 6-8 градусов относительно продольной оси, при таких углах наиболее эффективно передается сжимающее усилие от второго кольца к первому и далее к валу.

Толщина цилиндрического выступа вытянутой центральной части полуколец выполнена минимально возможной, чтобы полукольца оставались сжимаемыми.

На фиг.1 представлен общий вид (продольный разрез) предлагаемого уплотнения для вращающего вала; на фиг.2 - выносной элемент А на фиг.1; на фиг.3 - общий вид полуколец; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.1.

Торцовое уплотнение содержит взаимодействующие элементы вращающегося и неподвижного узлов. Через корпус 1 проходит вращающий вал 2, на котором размещена гильза 3, являющаяся элементом вращающегося узла уплотнения и которая вращается вместе с валом 2. Гильза закрепляется на валу агрегата при помощи колец 4 и 5, стянутые болтами 6. Кольцо 4 состоит из двух полуколец 7 с вытянутой центральной частью в виде цилиндрического выступа 8, толщина которого выполнена минимально возможной (около 4 мм) для сохранения жесткости конструкции и сжимаемости полуколец 7. По окружности торцовой поверхности 9 гильзы 3 выполнены симметрично расположенные два прямоугольных выступа 10, зафиксированные в стыках 11 между полукольцами 7. Для фиксации в гильзе 3 полуколец 7 в торце по окружности их внутренней поверхности выполнена реборда 12, которая входит в паз 13, выполненный на наружной поверхности гильзы 3 по ее окружности.

На цилиндрический выступ 8 полуколец 7 надето второе кольцо 5, выполненное с ребром 14 по ее внешней окружности, которое охватывает внешнюю часть поверхности полуколец 7, причем поверхность контакта 15 внешней части цилиндрического выступа 8 полуколец 7 с внутренней частью кольца 5 выполнена конусообразной. Угол уклона α поверхности контакта цилиндрического выступа 8 полуколец 7 с внутренней частью кольца 5 составляет 6 градусов относительно продольной оси. При таких уклонах более эффективно передается сжимающее усилие от кольца 5 к полукольцам 7. На внутренней поверхности полуколец 7, не контактирующей с гильзой 3, выполнены поперечные проточки 16 в виде концентрических окружностей, образующие плотную шероховатость, а сами полукольца 7 выполнены с продольными прорезями 17. Длина прорезей и их число выбирается из условия сжимаемости и жесткости полуколец. В данном случае выполнено по две прорези на каждом полукольце, а их длина составляет 25 мм (примерно 70% от "проточенной" поверхности полукольца). Все это позволяет надежно удерживать гильзу кольцами на валу с диаметром до 300 мм.

Уплотнение вращающегося вала работает следующим образом.

При вращении вала 2 под действием давления уплотняемой среды возникают осевые усилия, при этом взаимодействующие элементы неподвижного и вращающегося узлов трения образуют уплотнительный контакт, предотвращающий или ограничивающий выход рабочей среды под высоким давлением из полости корпуса 1 агрегата. Но эти же осевые усилия стремятся провернуть гильзу вращающегося узла торцового уплотнения относительно вала. Выполнение полуколец с продольными прорезями и поперечными проточками, а поверхности контакта полуколец с внутренней частью второго кольца конусообразной позволило значительно увеличить сжимающие усилия колец, удерживающие гильзу на вращающемся валу большого диаметра даже при больших нагрузках. Конструкция позволяет в случае ослабления фиксации гильзы на валу в процессе эксплуатации подкручивать болты, прижимающие кольцо к полукольцам, надежно закрепляя гильзу на валу.

Торцовое уплотнение может быть использовано для герметизации вращающихся валов насосов, компрессоров, нагнетателей и т.д.

Изобретение относится к уплотнениям для герметизации вращающихся валов машин и механизмов и позволяет повысить нагрузочную способность и надежность уплотнения для вращающихся валов больших диаметров. В торцовое уплотнение вращающегося вала, уплотняющий контакт которого образован взаимодействующими элементами неподвижного и вращающегося узлов, последний из которых включает гильзу и кольцо, по окружности торцовой поверхности гильзы выполнены симметрично расположенные два выступа, зафиксированные в кольце, введено второе кольцо. Первое кольцо выполнено в виде двух полуколец с вытянутой центральной частью в виде цилиндрического выступа, в стыках между полукольцами расположены выступы гильзы. Полукольца зафиксированы на верхней части полости гильзы, а на цилиндрический выступ полуколец надето второе кольцо, выполненное с ребром по ее внешней окружности, которое охватывает внешнюю часть поверхности полуколец, поверхность контакта цилиндрического выступа полуколец с кольцом выполнена конусообразной с углом уклона 6-8°, полукольца выполнены с продольными прорезями и поперечными проточками. Для фиксации в гильзе полуколец они выполнены с ребордой, которая входит в паз гильзы по ее окружности, а сами полукольца стянуты со вторым кольцом, например, с помощью болтов. Изобретение повышает надежность уплотнения. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Торцовое уплотнение вращающегося вала, уплотняющий контакт которого образован взаимодействующими элементами неподвижного и вращающегося узлов, последний из которых включает гильзу и кольцо, по окружности торцовой поверхности гильзы выполнены симметрично расположенные два выступа, зафиксированные в кольце, отличающееся тем, что введено второе кольцо, а первое кольцо выполнено в виде двух полуколец с вытянутой центральной частью в виде цилиндрического выступа, в стыках между полукольцами расположены выступы гильзы, сами полукольца зафиксированы на верхней части полости гильзы, а на цилиндрический выступ полуколец надето второе кольцо, выполненное с ребром по ее внешней окружности, которое охватывает внешнюю часть поверхности полуколец, стянутые со вторым кольцом, например, с помощью болтов, причем поверхность контакта внешней части цилиндрического выступа полуколец с внутренней частью второго кольца выполнена конусообразной, полукольца выполнены с продольными прорезями и поперечными проточками на внутренней поверхности полуколец.2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что для фиксации в гильзе полуколец в торце по окружности их внутренней поверхности выполнена реборда, которая входит в паз, выполненный на наружной поверхности гильзы по ее окружности.3. Уплотнение по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что угол уклона поверхности контакта цилиндрического выступа полуколец с внутренней частью второго кольца составляет 6-8° относительно продольной оси.4. Уплотнение по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что толщина цилиндрического выступа вытянутой центральной части полуколец выполнена минимально возможной.