УПЛОТНЕНИЕ ТОРЦЕВОЕ Российский патент 2005 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к уплотнениям торцевым, и может быть использовано, например, для насосов, компрессоров, центрифуг, смесителей, двигателей и других агрегатов, в которых есть относительное вращение вала и корпуса и имеется жидкая или газообразная рабочая среда, утечка которой из агрегата не допускается или строго ограничивается.

Известна конструкция одинарного торцевого уплотнения типа ОП, содержащая невращающееся и вращающееся кольца, вторичные уплотнения, поводки и упругие элементы, воздействующие на аксиально подвижное кольцо, смонтированное на гильзе, закрепленной на валу клеммовым кольцом (см. Торцевые уплотнения для центробежных насосов. Каталог. Торцевые уплотнения типа ОП. М.; ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ; 1980, стр. 28).

Недостатком торцевого уплотнения типа ОП является расположение пружин на вращающейся гильзе, где на них воздействуют инерционные силы, ухудшающие условия работы пружин. Кроме того, последние находятся в рабочей жидкости и поэтому не могут нормально работать в химических насосах.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является конструкция одинарного торцевого уплотнения типа ОНП, содержащая невращающееся и вращающееся кольца, вторичные уплотнения, поводки и пружины, воздействующие на аксиально подвижное невращающееся кольцо, установленное в неподвижном корпусе, и вращающееся кольцо, смонтированное на гильзе, закрепленной на валу клеммовым кольцом (см. Торцевые уплотнения для центробежных насосов. Каталог. Торцевые уплотнения типа ОНП. М.; ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ; 1980, стр. 29).

Недостатками торцевого уплотнения типа ОНП являются расположение упругих элементов таким образом, что кольцо вторичного уплотнения располагается над ними, т.е. на большем диаметре, и в связи с необходимостью обеспечения гидравлического замыкания и разгрузки невращающегося кольца трущаяся пара также располагается на большем диаметре относительно гильзы, что увеличивает момент трения в паре, вследствие чего увеличивается расход энергии на вращение вала, расход материалов на изготовление деталей, снижается ресурс и надежность торцевого уплотнения.

Закрепление гильзы на гладком валу с помощью клеммового кольца недостаточно надежно, так как оно обладает определенной жесткостью, которая препятствует достаточной передаче усилия от стяжного болта на вал и равномерному распределению этого усилия по поверхности вала. Клеммовое кольцо не обладает также геометрической уравновешенностью относительно оси вращения вала, поэтому оно является вибровозбудителем, ускоряющим виброизнос подшипников и других деталей агрегата, а закрепление его на валу с помощью стяжного болта ведет к срыву гильзы за счет воздействия вибраций.

Задачей заявляемого решения является повышение надежности крепления вращающихся деталей на гладком валу.

Технический результат, получаемый в результате осуществления поставленной задачи, заключается в обеспечении гидроподжима аксиально подвижного невращающегося кольца, в обеспечении самоустанавливаемости вращающегося кольца, а также в надежности крепления уплотнения торцевого на гладком валу.

Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом уплотнении торцевом, содержащем невращающееся и вращающееся кольца, составляющие пару трения, каждое из которых состоит из металлической обоймы с установленным в нее фрикционным кольцом, вторичные уплотнения в виде эластичных колец, поводки, пружины и элемент крепления вращающегося кольца уплотнения торцевого на гладком валу, согласно изобретению, обойма невращающегося кольца выполнена с канавками вдоль наружной цилиндрической поверхности, переходящими на торцевую поверхность, ближайшую к фрикционному кольцу, при этом зазор между внутренней поверхностью фрикционного кольца и поверхностью, охватываемой этим кольцом, выполнен не меньше максимальной величины биения вала, причем вторичное уплотнение вращающегося кольца расположено между внутренним торцем обоймы и торцем элемента крепления уплотнения торцевого, а между другими торцами обоймы вращающегося кольца и соответствующими им торцами элемента крепления уплотнения торцевого образован зазор “в”, величина которого превышает величину полного сжатия кольца вторичного уплотнения, кроме того, элемент крепления вращающегося кольца уплотнения торцевого установлен геометрически уравновешенным относительно оси вращения вала и состоит из свободных деталей, не оказывающих сопротивления в процессе установки их на гладком валу.

Элементом крепления уплотнения торцевого на гладком валу является, например, гильза с хомутом, состоящим из двух половин, установленных на гильзе под углом 180° одна относительно другой, при этом в них симметрично выполнены по одной прорези для размещения Т-образных выступов, выполненных на торце гильзы, кроме того, в каждой половине хомута выполнено гладкое и резьбовое отверстия для стяжных винтов.

Элементом крепления уплотнения торцевого на гладком валу является, например, конусный зажим, состоящий из втулки с конусной поверхностью и, например, трех конусных сухарей, равномерно расположенных по окружности вала между валом и конусной поверхностью втулки и закрепленных накидной гайкой, установленной на втулке.

Заявляемое уплотнение торцевое иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства с элементом крепления в виде гильзы с хомутом, в разрезе; на фиг.2 - вид Б фиг.1; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 изображен общий вид устройства с элементом крепления в виде конусного зажима, в разрезе; на фиг.5 - сечение А-А на фиг.5.

Заявляемое уплотнение торцевое содержит невращающееся 1 и вращающееся 2 кольца, каждое из которых состоит из металлической обоймы, соответственно 3 и 4, установленных в них фрикционных колец 5, вторичных уплотнений 6-10, поводков 11 и 12, пружин 13, установленных в неподвижном корпусе 14 невращающегося кольца 1 (фиг.1 и 4). Вращающееся кольцо 2 смонтировано, например, на гильзе 15, установленной на валу 16, при этом зазор 17 между внутренним диаметром фрикционного кольца 5 и наружным диаметром гильзы 15 (фиг.1) выполнен минимальным, а вторичное уплотнение 6 невращающегося кольца 1 имеет внутренний диаметр, который определяется необходимостью гидравлического замыкания и разгрузки невращающегося кольца. На наружной цилиндрической поверхности обоймы 3 невращающегося кольца 1, являющегося поршнем в цилиндре для кольца 6 вторичного уплотнения, выполнены канавки 19 для беспрепятственного прохода уплотняемой среды к кольцу 6 вторичного уплотнения (фиг.1 и 4), при этом поджатие аксиально подвижного кольца 6 происходит за счет давления среды.

Вращающееся кольцо 2 своим внутренним торцем 20 опирается на упругое кольцо вторичного уплотнения 7, которое опирается на торец гильзы 15, а между остальными торцами кольца 2 и гильзы 15 выполнен зазор "в", величина которого превышает величину полного сжатия упругого кольца вторичного уплотнения 7 (фиг.1).

Закрепление гильзы 15 на гладком валу 16 выполнено с помощью геометрически уравновешенного относительно оси вращения вала 16 хомута 22, состоящего из двух одинаковых половин, расположенных на валу 16 и установленных под углом 180°, причем полухомуты имеют гладкое 23 и резьбовое 24 отверстия для двух стяжных винтов 25, в хомутах выполнены также прорези 26 для размещения Т-образных выступов 27, выполненных на торце гильзы 15 (фиг.1-3).

Вращающееся кольцо 2 на гладком валу 16 может быть установлено, например, с помощью геометрически уравновешенного относительно оси вращения вала 16 конусного зажима 28, снабженного втулкой 29 с внутренней конусной поверхностью 30 и расположенными в ней кольцом вторичного уплотнения 31 и, например, тремя свободными конусными сухарями 32, заклиненными накидной гайкой 33 между валом 16 и втулкой 29, на которой установлено вращающееся кольцо 2 (фиг.4-5).

Заявляемое уплотнение торцевое работает, например с хомутом, следующим образом. Вращение вала 16 через хомут 22 передается гильзе 15 и через поводок 12 обойме 4 вращающегося кольца 2 с запрессованным в нее кольцом 5, которое скользит своей торцевой поверхностью по ответному фрикционному кольцу 5, запрессованному в обойму 3 невращающегося кольца 1, и которое стопорится от вращения поводком 11, взаимодействующим с неподвижным корпусом 14. Давление среды и пружины 13 прижимают кольцо 1 к кольцу 2, предотвращая утечку рабочей среды из агрегата в атмосферу (фиг.1).

Для гидравлического замыкания кольца 1 внутренний диаметр кольца 6 должен быть меньше наружного диаметра фрикционного кольца 5, выполненного из твердого износостойкого материала, а для уравновешивания возможных пульсаций давления рабочей среды служат канавки 19, беспрепятственно пропускающие рабочую среду в зону кольца вторичного уплотнения 6 и предотвращающие отход кольца 1 от кольца 2 при резком повышении давления среды, кроме того, зазор между внутренним диаметром фрикционного кольца 5 и наружным диаметром гильзы 15 выполнен минимальным, но не менее величины биения гильзы при максимально допустимом износе подшипников (фиг.1). Наличие зазора "в" между торцами кольца 2 и гильзы 15 обеспечивает опору кольца 2 в осевом направлении только на эластичное кольцо 7, что дает возможность кольцу 2 самоустанавливаться относительно кольца 1, повышая таким образом надежность герметизации пары трения (фиг.1). Аналогично работает и устройство, например, с конусным зажимом 28, лишь с той разницей, что вращение вала 16 через заклиненные гайкой 33 сухари 32 передается втулке 29, приводящей во вращение кольцо 2, которое своим фрикционным кольцом 5 скользит по фрикционному кольцу невращающегося аксиально подвижного кольца 1, прижимаемого к кольцу 2 давлением среды и пружинами 13, благодаря чему предотвращаются утечки рабочей среды.

Заявляемое устройство имеет следующие преимущества. Применение заявляемого устройства обеспечивает надежный гидроподжим аксиально подвижного невращающегося кольца при резком увеличении давления в сальниковой камере, а также обеспечивает самоустанавливаемость вращающегося кольца за счет исключения его контакта с металлическими торцами опорной детали и тем самым опорой вращающегося кольца только на эластичное кольцо, обеспечивает уменьшение диаметра трущейся пары, т.е. уменьшение момента трения в паре, в результате чего обеспечена экономия энергии. Кроме того, повышает надежность крепления уплотнения торцевого на гладком валу и уменьшает виброизнос деталей.

В заявляемом устройстве максимальное допустимое биение поверхности гильзы (вала), вызванное износом подшипников, составляет, например, 0,5 мм. В этом случае зазор между внутренней поверхностью фрикционного кольца и поверхностью гильзы (вала) составляет , а величина зазора "в" практически находится в пределах 1,5-2 мм.

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к уплотнениями торцевым. Уплотнении торцевое содержит невращающееся и вращающееся кольца, составляющие пару трения, каждое из которых состоит из металлической обоймы с установленным в нее фрикционным кольцом. Вторичные уплотнения выполнены в виде эластичных колец, поводки, пружины и элемент крепления вращающегося кольца уплотнения торцевого расположены на гладком валу. Обойма невращающегося кольца выполнена с канавками вдоль наружной цилиндрической поверхности, переходящими на торцевую поверхность, ближайшую к фрикционному кольцу. Зазор между внутренней поверхностью фрикционного кольца и поверхностью, охватываемой этим кольцом, выполнен не меньше максимальной величины биения вала. Вторичное уплотнение вращающегося кольца расположено между внутренним торцем обоймы и торцем элемента крепления уплотнения торцевого, а между другими торцами обоймы вращающегося кольца и соответствующими им торцами элемента крепления уплотнения торцевого образован зазор “в”, величина которого превышает величину полного сжатия кольца вторичного уплотнения. Элемент крепления вращающегося кольца уплотнения торцевого установлен геометрически уравновешенным относительно оси вращения вала и состоит из свободных деталей, не оказывающих сопротивления в процессе установки их на гладком валу. Изобретение повышает надежность уплотнения. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Уплотнение торцевое, содержащее невращающееся и вращающееся кольца, составляющие пару трения, каждое из которых состоит из металлической обоймы с установленным в нее фрикционным кольцом, вторичные уплотнения в виде эластичных колец, поводки, пружины и элемент крепления вращающегося кольца уплотнения торцевого на гладком валу, отличающееся тем, что обойма невращающегося кольца выполнена с канавками вдоль наружной цилиндрической поверхности, переходящими на торцевую поверхность, ближайшую к фрикционному кольцу, при этом зазор между внутренней поверхностью фрикционного кольца и поверхностью, охватываемой этим кольцом, выполнен не меньше максимальной величины биения вала, причем вторичное уплотнение вращающегося кольца расположено между внутренним торцом обоймы и торцом элемента крепления уплотнения торцевого, а между другими торцами обоймы вращающегося кольца и соответствующими им торцами элемента крепления уплотнения торцевого образован зазор “в”, величина которого превышает величину полного сжатия кольца вторичного уплотнения, кроме того, элемент крепления вращающегося кольца уплотнения торцевого установлен геометрически уравновешенным относительно оси вращения вала и состоит из свободных деталей, не оказывающих сопротивления в процессе установки их на гладком валу.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элементом крепления уплотнения торцевого на гладком валу является, например, гильза с хомутом, состоящим из двух половин, установленных на гильзе под углом 180° одна относительно другой, при этом в них симметрично выполнены по одной прорези для размещения Т-образных выступов, выполненных на торце гильзы, кроме того, в каждой половине хомута выполнено гладкое и резьбовое отверстия для стяжных винтов.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элементом крепления уплотнения торцевого на гладком валу является, например, конусный зажим, состоящий из втулки с конусной поверхностью и, например, трех конусных сухарей, равномерно расположенных по окружности вала между валом и конусной поверхностью втулки и закрепленных накидной гайкой, установленной на втулке.