ДВОЙНОЕ УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА И НАСОС, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2016 года по МПК F04D29/08 

Настоящее изобретение относится к области уплотнения валов или шпинделей, а более конкретно - к системам двойного уплотнения для изоляции двух сред, которые отличаются одна от другой и от внешней среды, при этом две среды могут находиться под разным давлением.

В этом контексте в изобретении предложено двойное уплотнительное устройство и инжекционный насос, содержащий такое устройство.

В настоящее время, в вышеупомянутом контексте, двойное уплотнение обычно обеспечивается размещением двух уплотнений в корпусе, через который проходит вал, причем каждое уплотнение приспособлено для соответствующей среды, подлежащей герметизации, при этом уплотнения располагаются одно за другим, с промежутком между ними, в осевом направлении.

В случае с инжекционными насосами, двойное уплотнение в настоящее время обеспечивают обычным способом, используя, с одной стороны, резиновое кольцо с масляной стороны, а с другой стороны - резиновое или фторопластовое уплотнительное кольцо со специальным профилем давления со стороны дизельного топлива.

Две части собирают по принципу "голова к хвосту" в разных диаметрах корпуса, и в корпусе выполняют путем машинной обработки канал между двумя кольцами, чтобы выпускать жидкость наружу в случае утечки. Данный канал также служит для поддержания атмосферного давления в данной области.

Это решение, один из вариантов осуществления которого показан на Фиг. 1, имеет два главных ограничения: он требует большой общей длины в осевом направлении, по меньшей мере, порядка 20 мм (или, как минимум, 18,5 мм), и требует корпуса с двумя отделениями, имеющими разные диаметры, каждое из которых приспособлено для одного из двух уплотнений.

Если нет отделений разного радиального размера, может быть невозможно обеспечить точное позиционирование уплотнений, включая их позиционирование одно относительно другого, или предотвратить закупоривание выпускного канала.

Техническая задача настоящего изобретения состоит в преодолении этих недостатков. С этой целью в нем предложено двойное уплотнительное устройство для вращающегося вала, в частности, для вращающегося вала или шпинделя топливного насоса, содержащего первое и второе уплотнения кольцевой формы, установленные рядом друг с другом в круглом цилиндрическом корпусе, через который проходит вал, подлежащий уплотнению, и в который открывается выпускной и/или отводной канал, в периферийной канавке, выполненной в стенке корпуса или связанной с ней, между двумя уплотнениями,

при этом каждое из этих уплотнений состоит, с одной стороны, из опорного кольца из металлического материала с наружным осевым фланцем и внутренним радиальным фланцем и, с другой стороны, из уплотнительной шайбы, предпочтительно изготовленной из материала на основе фторопласта и установленной на соответствующее опорное кольцо, чтобы покрыть, по меньшей мере, часть наружной поверхности осевого фланца, тем самым формируя уплотнение между последним и стенкой корпуса, а также примыкающей поверхностью радиального фланца, таким образом, чтобы продолжаться за пределы свободного конца радиального фланца с целью образования уплотнительного выступа, опирающегося с возможностью скольжения на вал, подлежащий уплотнению, при этом первое уплотнение поддерживает изоляцию первой текучей среды от периферийной канавки, а второе уплотнение поддерживает изоляцию второй текучей среды от этой канавки,

причем двойное уплотнительное устройство отличается тем, что осевой фланец, по меньшей мере, одного из опорных колец первого и второго уплотнений имеет надставку с его свободного конца, образующую снабженную отверстиями или снабженную прорезями кольцевую конструкцию, не покрытую уплотнительной шайбой соответствующего уплотнения, и расположенную, по существу, таким образом, что она обращена к периферийной канавке и "указывает" на другое уплотнение.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов его осуществления, носящих неограничительный характер, приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 2 изображает местный вид в разрезе по плоскости, содержащей среднюю ось подлежащего уплотнению вала инжекционного насоса и т.п., оснащенного устройством для обеспечения двойного уплотнения согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

Фиг. 3 и 4 представляют собой виды сбоку и в другом масштабе деталей A (Фиг. 3) и B (Фиг. 4) Фиг. 1.

Фиг. 5A и 5B изображает местные виды в разрезе, сбоку и в изометрии первого уплотнения устройства, представленного на Фиг. 2-4;

Фиг. 6 - местный вид в разрезе и в изометрии второго уплотнения устройства, представленного на Фиг. 2-4, и

Фиг. 7-8 изображают виды в изометрии двух вариантов осуществления первого уплотнения устройства по изобретению.

На Фиг. 1 показано, а на Фиг. 3 и 4 частично показано двойное уплотнительное устройство 1 для вращающегося вала 2, в частности для вращающегося вала и шпинделя топливного насоса.

Данное устройство содержит первое 3 и второе 4 уплотнения кольцевой формы, установленные рядом друг с другом в круглом цилиндрическом корпусе 5, через который проходит вал 2, подлежащий уплотнению, и в который открывается выпускной и/или отводной канал 6, в периферийной канавке 7, выполненной в стенке корпуса 5 или связанной с ней, между двумя уплотнениями 3 и 4.

Каждое из этих уплотнений 3 и 4 состоит, с одной стороны, из опорного кольца 8 или 9 из металлического материала с наружным осевым фланцем 8 или 9 и внутренним радиальным фланцем 8 или 9, а, с другой стороны, из уплотнительной шайбы 10 или 11, предпочтительно изготовленной из материала на основе фторопласта и установленной на соответствующее опорное кольцо 8 или 9, чтобы покрыть, по меньшей мере, часть наружной поверхности осевого фланца 8 или 9, тем самым формируя уплотнение между последним и стенкой корпуса 5, а также примыкающей поверхностью радиального фланца 8 или 9, таким образом, чтобы продолжаться за пределы свободного конца радиального фланца 8 или 9 с целью образования уплотнительного выступа 13 или 14, опирающегося с возможностью скольжения на вал 2, подлежащий уплотнению. Первое уплотнение 3 изолирует первую текучую среду MLPE от периферийной канавки 7, и второе уплотнение 4 изолирует вторую текучую среду MLPF от этой канавки 7.

Как показано на Фиг. 2, корпус 5, вмещающий два уплотнения 3 и 4, может иметь постоянный диаметр, выполнен в виде кожуха, или оболочки, 5, и может образовывать часть канала, через которых проходит вал 2 (этот канал может при необходимости включать в себя одну или более опор, которые не показаны, для направления вала).

Согласно изобретению, осевой фланец 8, 9, по меньшей мере, одного из опорных колец 8, 9 первого и второго уплотнения 3, 4 имеет надставку со свободного конца, образующую снабженную отверстиями или снабженную прорезями кольцевую конструкцию 12, не покрытую уплотнительной шайбой 10, 11 соответствующего уплотнения 3, 4 и расположенную, по существу, таким образом, что она обращена к периферийной канавке 7 и "указывает" на другое уплотнение 4, 3.

Предпочтительно, чтобы два уплотнения 3 и 4 были установлены рядом друг с другом и плотно (предпочтительно с легким сжатием) в корпусе 5, и предпочтительно упирались в осевом направлении XA, при этом упомянутое, по меньшей мере, одно снабженное отверстиями или снабженное прорезями кольцо 12 также образует осевую разделительную или распорную конструкцию между двумя уплотнениями 3 и 4, сохраняя при этом периферийную канавку 7, по существу, чистой по всей ее длине.

Таким образом, два уплотнения 3 и 4 могут быть расположены точным образом, как можно ближе друг к другу в осевом направлении XA, вместе с тем с гарантией, что свободное пространство 5, ширина которого откалибрована (с помощью ширины кольца 12), расположено между двумя уплотнениями 3 и 4, сообщается с возможностью переноса текучей среды с канавкой 7 (и, следовательно, с каналом 6).

Согласно первому варианту осуществления, показанному на Фиг. 2-5 и 7, снабженное отверстиями кольцо 12, выполненное как единое целое в надставке осевого фланца 8, содержит отверстия 12, которые равномерно разнесены по периметру рассматриваемого опорного кольца 8.

Согласно второму варианту осуществления изобретения, показанному на Фиг. 8, снабженное отверстиями кольцо 12, выполненное как единое целое в надставке осевого фланца 8 рассматриваемого опорного кольца 8, имеет зубчатый свободный край 12.

Предпочтительно, как показано на Фиг. 2-8, только одно из двух уплотнений 8 и 9, предпочтительно первое уплотнение 8, которое изолирует среду MLPE, имеющую более высокое давление, имеет снабженное отверстиями или прорезями распорное кольцо 12.

Специалист в данной области техники поймет, что два уплотнения 3 и 4, образующие устройство 1, установлены с помощью введения первого уплотнения 3 в корпус 5 под давлением и перемещения его к дну корпуса поперек канавки 7.

Последняя предпочтительно выполнена в виде установочного паза, имеющего малый задний угол, предпочтительно меньше 30°, и предпочтительно около 15°, в направлении упомянутого уплотнения 3.

Используя упор для позиционирования этого первого уплотнения 3 в конце установки, два взаимно примыкающие друг к другу компонента 3 и 4 устройства 1 могут быть точно и повторяющимся образом размещены относительно упомянутой канавки 7.

Кроме того, так как имеется корпус 5 постоянного диаметра (имеющий одинаковый диаметр для обоих осевых участков корпуса, в которых размещаются первое уплотнение и второе уплотнение 4, соответственно), нет необходимости в дополнительном сжатии, когда первое уплотнение размещают в его окончательном положении (сжатие, которому оно подвергается в первой фазе введения, перед прохождением над канавкой 7, достаточно для его окончательного размещения). Это значительно ограничивает риск заклинивания участка уплотнительной шайбы 10, покрывающей наружную поверхность осевого фланца 8 кольца 8 уплотнения 3.

Также является возможным предусмотреть вариант осуществления изобретения, в котором в стенке корпуса 5 не выполнено специальной канавки 7. Фактически, промежуток между кольцом 12 и внутренней стенкой корпуса 5 (обеспеченный толщиной участка сжатой шайбы 10, покрывающей осевой фланец 8) может обеспечить круговой периферийный канал, аналогичный канавке данного типа, в который могут открываться отверстия 12, с одной стороны, и выпускной канал 6, с другой стороны.

Предпочтительно и с целью получения хорошего динамического уплотнения вокруг вала 2 можно обеспечить, чтобы уплотнительный выступ 13, 14 каждого уплотнения 3, 4 был образован изогнутым кольцевым соединительным участком 13, 14 и кольцевым торцевым участком 13, 14, большая часть которого опирается с возможностью скольжения на вал или шпиндель, подлежащий уплотнению, причем упомянутый кольцевой торцевой участок 13, 14 предпочтительно снабжен возвратным участком 15, 15, который имеет винтовую форму, или представляет собой резьбу, или предпочтительно имеет форму канавки, противолежащие стороны которой имеют различный наклон, или градиент, предпочтительно с асимметричным треугольным сечением, или профилем.

Как показано на чертежах, в качестве примера, в частности, на Фиг. 3-5, одно (8) из опорных колец 8, 9, предпочтительно кольцо первого уплотнения 3, которое изолирует среду MLPE, имеющую более высокое давление, и которая имеет надставку 12, образующую снабженное отверстиями распорное кольцо, имеет сечение, имеющее, по существу, форму строчной буквы "тау" (τ), с изогнутым радиальным фланцем 8, при этом уплотнительная шайба 10 продолжается на внутренней поверхности данного изогнутого радиального фланца 8, обращенной к среде MLPE под высоким давлением.

Вместе с этой конструкцией первого уплотнения 3 также можно обеспечить, чтобы уплотнительный выступ 13 имел малую толщину, обычно менее 0, 8 мм, и выполнить, в отсутствие ограничений, втулку в форме усеченного конуса с углом при вершине предпочтительно в диапазоне от 40° до 80° и ориентированного в направлении среды MLPE, подлежащей изоляции.

Это первое уплотнение 3 может, в частности, представлять собой уплотнение, имеющее отличительные признаки объекта французской патентной заявки № 1258667 на имя настоящего заявителя.

Согласно еще одному предпочтительному отличительному признаку изобретения, представленному, в частности, на Фиг. 3, 4 и 6, одно из опорных колец 8, 9, предпочтительно опорное кольцо второго уплотнения 4, которое изолирует среду MLPF под более низким давлением, имеет L-образную форму или шевронную форму сечения, при этом соответствующая уплотнительная шайба 11 установлена на наружных поверхностях радиального фланца 8 и осевого фланца 8, то есть поверхностях со стороны, противоположной относительно среды MLPF, находящейся под давлением, которая подлежит изоляции.

Это второе уплотнение 4 может, в частности, представлять собой уплотнение, имеющие отличительные признаки объектов французских патентных заявок №№ 2554878 и 2986598 на имя настоящего заявителя.

Используя вышеупомянутые два конкретные типа уплотнений, двойное уплотнительное устройство 1 согласно изобретению может обеспечить достаточное уплотнение для двух сред MLPE и MLPF, при этом требуя лишь минимальной общей длины в осевом направлении, в частности, длины лишь около 10 мм.

В изобретении также предложен, как частично показано на Фиг. 1, инжекционный насос с вращающимся шпинделем или валом 2, продолжающимся одновременно в первое пространство MLPE, подвергаемое воздействию высокого давления, а именно - давления бензина или дизельного топлива, и во второе пространство MLPF, подвергаемое воздействию более низкого давления текучей среды, а именно - давления масла.

Данный насос отличается тем, что он содержит двойное уплотнительное устройство 1, как описано выше.

Очевидно, что изобретение не ограничивается описанными и представленными на прилагаемых чертежах вариантами осуществления. Модификации могут быть выполнены, в частности, что касается сочетаний различных элементов, или с помощью замены эквивалентных способов, без отступления при этом от объема защиты изобретения.

Изобретение относится к двойному уплотнительному устройству для вращающегося вала и насосу, включающему в себя такое устройство. Устройство содержит первое и второе уплотнение, установленные рядом друг с другом в круглом цилиндрическом корпусе, через который проходит вал, подлежащий уплотнению, причем каждое из этих уплотнений состоит, с одной стороны, из опорного кольца из металлического материала с наружным осевым фланцем и внутренним радиальным фланцем, и, с другой стороны, из уплотнительной шайбы, образующей уплотнительный выступ, с возможностью скольжения опирающийся на вал. Первое уплотнение поддерживает изоляцию первой текучей среды, а второе уплотнение поддерживает изоляцию второй текучей среды.

Осевой фланец, по меньшей мере, одного из опорных колец первого и второго уплотнений имеет надставку с его свободного конца, образующую снабженную отверстиями или снабженную прорезями кольцевую конструкцию, не покрытую уплотнительной шайбой соответствующего уплотнения, и расположенную, по существу, таким образом, что она обращена к периферийной канавке и "указывает" на другое уплотнение. Изобретение повышает надежность устройства. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Двойное уплотнительное устройство для вращающегося вала, в частности для вращающегося вала или шпинделя топливного насоса, содержащего первое и второе уплотнения кольцевой формы, установленные рядом друг с другом в круглом цилиндрическом корпусе, через который проходит вал, подлежащий уплотнению, и в который открывается выпускной и/или отводной канал, в периферийной канавке, выполненной в стенке корпуса или связанной с ней, между двумя уплотнениями,
при этом каждое из этих уплотнений состоит, с одной стороны, из опорного кольца из металлического материала с наружным осевым фланцем и внутренним радиальным фланцем, а с другой стороны, из уплотнительной шайбы, предпочтительно изготовленной из материала на основе фторопласта и установленной на соответствующее опорное кольцо для покрытия, по меньшей мере, части наружной поверхности осевого фланца с возможностью формирования уплотнения между последним и стенкой корпуса, а также примыкающей поверхности радиального фланца, таким образом, а также продолжения за пределы свободного конца радиального фланца с целью образования уплотнительного выступа, опирающегося с возможностью скольжения на вал, подлежащий уплотнению, при этом первое уплотнение поддерживает изоляцию первой текучей среды от периферийной канавки, а второе уплотнение поддерживает изоляцию второй текучей среды от этой канавки,
отличающееся тем, что осевой фланец, по меньшей мере, одного из опорных колец (8, 9) первого и второго уплотнений (3, 4) имеет надставку с его свободного конца, образующую снабженную отверстиями или снабженную прорезями кольцевую конструкцию, не покрытую уплотнительной шайбой (10, 11) соответствующего уплотнения (3, 4), и расположенную, по существу, таким образом, что она обращена к периферийной канавке (7) и направлена на другое уплотнение (4, 3).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что два уплотнения (3 и 4) установлены рядом друг с другом и плотно в корпусе (5) и предпочтительно упираются в осевом направлении (ХА), при этом упомянутое, по меньшей мере, одно снабженное отверстиями или снабженное прорезями кольцо (12) также образует осевую разделительную или распорную конструкцию между двумя уплотнениями (3 и 4), сохраняя при этом периферийную канавку (7), по существу, чистой по всей ее длине.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что снабженное отверстиями кольцо (12), выполненное как единое целое в надставке осевого фланца, содержит отверстия, которые равномерно разнесены по периметру рассматриваемого опорного кольца (8).

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что снабженное прорезями кольцо (12), выполненное как единое целое в надставке осевого фланца рассматриваемого опорного кольца (8), имеет зубчатый свободный край (12).

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что только одно из двух уплотнений (3 и 4), предпочтительно первое уплотнение (3), которое изолирует среду (MLPE), имеющую более высокое давление, имеет снабженное отверстиями или прорезями распорное кольцо (12).

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что уплотнительный выступ (13, 14) каждого уплотнения (3, 4) образован изогнутым кольцевым соединительным участком и кольцевым торцевым участком, большая часть которого опирается с возможностью скольжения на вал или шпиндель, подлежащий уплотнению, причем упомянутый кольцевой торцевой участок предпочтительно снабжен возвратным участком (15, 15), который имеет винтовую форму, или представляет собой резьбу, или предпочтительно имеет форму канавки, противолежащие стороны которой имеют различный наклон, или градиент, предпочтительно с асимметричным треугольным сечением, или профилем.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что одно из опорных колец (8, 9), предпочтительно опорное кольцо первого уплотнения (3), которое изолирует среду (MLPE) под высоким давлением и которое имеет выступ, образующий снабженное отверстиями распорное кольцо, имеет сечение, имеющее, по существу, форму строчной буквы "тау" (τ), с изогнутым радиальным фланцем, при этом уплотнительная шайба (10) продолжается по внутренней поверхности данного изогнутого радиального фланца, "указывая" на среду (MLPE), находящуюся под высоким давлением.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что уплотнительный выступ (13) имеет малую толщину, менее 0,8 мм, или образует, в отсутствие ограничений, втулку в форме усеченного конуса с углом при вершине предпочтительно в диапазоне от 40° до 80° и ориентирован по направлению к среде (MLPE), подлежащей изоляции.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что одно из опорных колец (8, 9), предпочтительно опорное кольцо второго уплотнения (4), которое изолирует среду (MLPF), находящуюся под более низким давлением, имеет L-образную форму или шевронную форму сечения, при этом соответствующая уплотнительная шайба (11) установлена на наружных поверхностях радиального фланца и осевого фланца, то есть поверхностях со стороны, противоположной относительно среды (MLPF), находящейся под давлением, которая подлежит изоляции.

10. Инжекционный насос с вращающимся шпинделем или валом, продолжающимся одновременно в первое пространство, подвергаемое воздействию высокого давления текучей среды (MLPE), а именно - давления бензина или дизельного топлива, и во второе пространство, подвергаемое воздействию более низкого давления текучей среды (MLPF), а именно - давления масла, отличающийся тем, что он содержит двойное уплотнительное устройство (1) по любому из пп. 1-9.