УЗЕЛ ТОРЦОВОГО УПЛОТНЕНИЯ ВАЛА МАШИНЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в конструкциях пневматических и гидравлических машин объемного действия, работающих как в режиме двигателя, так и в режиме насоса, в качестве узла торцового уплотнения вала этих пневмогидравлических машин.

Из существующего уровня техники известно наиболее близкое техническое решение торцового уплотнения вала машины, выбранное за прототип для обоих вариантов устройства, содержащее уплотнительное кольцо, установленное на вращающемся валу машины, образующее уплотняемую поверхность, неподвижное кольцо, установленное во втулке, поджимной элемент с пружиной и герметизирующий элементы устройства сильфон из неметаллического материала (см. В.В.Гордеев “Конструктивные элементы торцовых уплотнений центробежных насосов”, Москва, ЦИНТИХИМНЕФТМАШ, 1977 г., стр.38-41, рис.15).

Достижению требуемого технического результата для обоих вариантов изобретения в известном торцовом уплотнении препятствует технологическая сложность его конструкции, обусловленная наличием нескольких конструктивных элементов узла торцового уплотнения, обеспечивающих его работу: собственно уплотнительного кольца, неподвижного кольца, поджимного элемента, поджимающего элемента - пружины и герметизирующего уплотнение сильфона.

Наличие этих нескольких конструктивных элементов и соответственно наличие дополнительных соединений и технологических стыков и сопряжений в конструкции, предназначенной для уплотнения узла и уменьшения вероятности утечек через него, наоборот, эту вероятность утечек рабочего тела через узел торцового уплотнения не уменьшает, а увеличивает.

Кроме того, наличие нескольких конструктивных элементов снижает надежность работы торцового уплотнения и приводит к преждевременному выходу его из строя.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение в обоих его вариантах, является создание конструкции узла торцового уплотнения, обеспечивающего за счет простых конструктивных решений при сохранении заданной производительности машины минимальные утечки через него рабочего тела и длительную и эффективную работу.

К техническим результатам, получаемым при решении поставленной задачи от реализации заявленного изобретения по обоим его вариантам, можно отнести упрощение конструкции узла торцового уплотнения и, как следствие, повышение его надежности, долговечности, а также повышение эффективности всего агрегата за счет уменьшения количества технологических стыков.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается по первому варианту изобретения тем, что в узле торцового уплотнении вала машины, вращающегося относительно неподвижного корпуса, содержащем уплотнительное кольцо, образующее уплотняемую поверхность, поджимной элемент, взаимодействующий с уплотнительным кольцом по уплотняемой поверхности и образующий с ним пару трения, а также сильфон, герметизирующий от уплотняемой среды элементы устройства, согласно изобретению, уплотнительное кольцо установлено на валу, поджимной элемент выполнен как часть сильфона, образующий с ним единое целое, а сам сильфон и соответственно поджимной элемент выполнены из алюминиевого сплава с возможностью выполнения сильфоном за счет сил его внутренней упругости функций пружины, и установлен в неподвижном корпусе устройства, при этом по крайней мере взаимодействующие между собой и образующие пару трения уплотняемая поверхность уплотнительного кольца и ответная ей поверхность поджимного элемента сильфона выполнены с керамическим покрытием.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается по второму варианту изобретения тем, что в узле торцового уплотнения вала машины, вращающегося относительно неподвижного корпуса, содержащем уплотнительное кольцо, образующее уплотняемую поверхность, поджимной элемент, взаимодействующий с уплотнительным кольцом по уплотняемой поверхности и образующий с ним пару трения, а также сильфон, герметизирующий от уплотняемой среды элементы устройства, согласно изобретению, уплотнительное кольцо установлено в неподвижном корпусе, поджимной элемент выполнен как часть сильфона, образующий с ним единое целое, а сам сильфон и соответственно поджимной элемент выполнены из алюминиевого сплава с возможностью выполнения сильфоном за счет сил его внутренней упругости функций пружины, и установлен на валу, при этом по крайней мере взаимодействующие между собой и образующие пару трения уплотняемая поверхность уплотнительного кольца и ответная ей поверхность поджимного элемента сильфона выполнены с керамическим покрытием.

Изобретение поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображен узел торцового уплотнения по первому варианту выполнения изобретения;

на фиг.2 - узел торцового уплотнения по второму варианту выполнения изобретения.

Узел торцового уплотнения вала машины для обоих вариантов изобретения содержит уплотнительное кольцо 1, которое может быть установлено или на вращающемся валу 2, или же в неподвижном корпусе 3 машины. Уплотнительное кольцо 1 образует уплотняемую поверхность 4. Поджимной элемент 5 взаимодействует с уплотнительным кольцом 1 по уплотняемой поверхности 4 и образует с ним пару трения. Поджимной элемент 5 выполнен как часть сильфона 6, образующий с ним, с сильфоном 6, единое целое. Сам сильфон 6 и соответственно поджимной элемент 5 выполнены из алюминиевого сплава с возможностью выполнения сильфоном за счет сил его внутренней упругости функций пружины.

В зависимости от варианта выполнения изобретения сильфон 6 может быть установлен как на вращающемся относительно неподвижного корпуса 3 валу 2, так и в неподвижном корпусе 3 машины, что определяется взаиморасположением уплотнительного кольца 1 и самого сильфона 6.

По первому варианту изобретения уплотнительное кольцо 1 установлено на валу 2, тогда как сильфон 6 установлен в неподвижном корпусе 3 машины.

По второму варианту изобретения уплотнительное кольцо 1 установлено в неподвижном корпусе 3 машины, тогда как сильфон 6 установлен на вращающемся валу 2.

При этом все элементы устройства или по крайней мере взаимодействующие между собой и образующие пару трения уплотняемая поверхность 4 уплотнительного кольца 1 и ответная ей поверхность поджимного элемента 5 сильфона 6 выполнены с керамическим покрытием.

Узел торцового уплотнения вала машины работает следующим образом.

По первому варианту изобретения уплотнительный элемент узла торцового уплотнения в виде сильфона 6 установлен в неподвижном корпусе 3. Вал 2, вращаясь относительно неподвижного корпуса 3, своим уплотнительным кольцом 1, закрепленным на валу 2, взаимодействует с поджимным элементом 5 сильфона 6, выполненным как единое целое с сильфоном 6 из алюминиевого сплава. При этом уплотнительное кольцо 1 и поджимной элемент 5 сильфона 6 по уплотняемой поверхности 4 образуют между собой пару трения и непосредственно торцовое уплотнение узла машины, препятствующее перетеканию через узел рабочего тела машины.

По второму варианту выполнения изобретения уплотнительный элемент узла торцового уплотнения в виде сильфона 6 установлен на валу 2. Вал 2, вращаясь относительно неподвижного корпуса 3, поджимным элементом 5 сильфона 6, выполненным как единое целое с сильфоном 6 из алюминиевого сплава, взаимодействует с уплотнительным кольцом 1, закрепленным в неподвижном корпусе 3. При этом уплотнительное кольцо 1 неподвижного корпуса 3 образует с поджимным элементом 5 сильфона 6 по уплотняемой поверхности 4 пару трения и непосредственно торцовое уплотнение узла машины, препятствующее перетеканию через узел рабочего тела машины.

За счет того что в узле торцового уплотнения существует только один штатный технологический стык по уплотняемой поверхности 4 взаимодействия поджимного элемента 5 сильфона 6 и уплотнительного кольца 1 (на штатной паре трения), количество потерь из-за перетекания рабочего тела через узел существенно уменьшается. Одновременно с упрощением конструкции за счет уменьшения количества технологических операций для ее изготовления и уменьшения количества составляющих ее деталей, а также общего числа технологических стыков в самом узле повышается его надежность и соответственно эффективность всего агрегата.

Надежность машины по обоим вариантам выполнения изобретения также повышается и за счет того, что по крайней мере сам сильфон 6 с поджимным элементом 5, взаимодействующий по уплотняемой поверхности 4 с образованием пары трения с уплотнительным кольцом 1, а также поверхность трения самого уплотнительного кольца 1 выполнены с керамическим покрытием.

Кроме того, необходимо отметить, что по обоим вариантам изобретения достижению поставленного технического результата способствует то, что сильфон в данном изобретении выполняет сразу четыре функции: уплотнительного кольца, поджимного элемента, поджимающего элемента - пружины и собственно сильфона.

Узел торцового уплотнения машины выполнен из традиционных конструкционных материалов с использованием традиционных технологий машиностроения и может быть изготовлен в условиях серийного производства.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в конструкциях пневматических и гидравлических машин объемного действия. Узел торцового уплотнения обоих вариантов изобретения имеет уплотнительное кольцо, которое может быть установлено или на валу, или же в неподвижном корпусе в зависимости от варианта изобретения. Уплотнительное кольцо образует уплотняемую поверхность, по которой взаимодействует с поджимным элементом. Поджимной элемент выполнен как часть сильфона, за единое целое с ним. Сильфон и соответственно поджимной элемент выполнены из алюминиевого сплава. По крайней мере взаимодействующие между собой уплотняемая поверхность уплотнительного кольца и ответная ей поверхность поджимного элемента сильфона выполнены с керамическим покрытием. Изобретение упрощает конструкцию узла торцового уплотнения, повышает надежность и долговечность. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Узел торцового уплотнения вала машины, содержащий вал, вращающийся относительно неподвижного корпуса, уплотнительное кольцо, образующее уплотняемую поверхность, поджимной элемент, взаимодействующий с уплотнительным кольцом по уплотняемой поверхности и образующий с ним пару трения, а также сильфон, герметизирующий от уплотняемой среды элементы устройства, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо установлено на валу, поджимной элемент выполнен как часть сильфона, образуя с ним единое целое, а сам сильфон и, соответственно, поджимной элемент выполнен из алюминиевого сплава с возможностью выполнения сильфоном за счет сил его внутренней упругости функций пружины и установлен в неподвижном корпусе, при этом по крайней мере взаимодействующие между собой и образующие пару трения уплотняемая поверхность уплотнительного кольца и ответная ей поверхность поджимного элемента сильфона выполнены с керамическим покрытием.2. Узел торцового уплотнения вала машины, содержащий вал, вращающийся относительно неподвижного корпуса, уплотнительное кольцо, образующее уплотняемую поверхность, поджимной элемент, взаимодействующий с уплотнительным кольцом по уплотняемой поверхности и образующий с ним пару трения, а также сильфон, герметизирующий от уплотняемой среды элементы устройства, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо установлено в неподвижном корпусе, поджимной элемент выполнен как часть сильфона, образуя с ним единое целое, а сам сильфон и, соответственно, поджимной элемент выполнен из алюминиевого сплава с возможностью выполнения сильфоном за счет сил его внутренней упругости функций пружины и установлен на валу, при этом по крайней мере взаимодействующие между собой и образующие пару трения уплотняемая поверхность уплотнительного кольца и ответная ей поверхность поджимного элемента сильфона выполнены с керамическим покрытием.