Торцовое уплотнение Советский патент 1984 года по МПК F16J15/34 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в турбинах, компрессорах и насосах для улучшения их рабочих параметров, ресурса и надежности.

При изменении температуры в уплотнении происходит искажение уплотнительного зазора, что приводит к увеличению утечки.

Известно торцовое уплотнение с термокомпенсацией, которое содержит неподвижное кольцо и вращающееся уплотнительное кольцо, расположенное- на валу. На уплотнительном кольце жестко закреплено компенсационное кольцо гораздо меньшей ширины так, чтобы создавать изгибающий момент относительно центра масс кольца. Компенсационное кольцо имеет коэффициент температурного расширения уплотнительного кольца. Благодаря этому обеспечивается поддержание необходимой плоскости рабочей поверхности 1.

Однако компенсационное кольцо не может быть использовано в качестве обоймы, фиксирующей неметаллическое уплотнительное кольцо от проворотов в связи с тем, что оно напрессовано лишь на незначительную часть уплотнительного кольца.

Известны торцовые уплотнения, в которых уплотнительные кольца, изготовленные из неметаллических материалов, запрессовываются в металлические обоймы по всей своей ширине 2.

Одтнако различие в коэффициентах температурного расширения уплотнительного кольца и обоймы приводит к короблению рабочей поверхности уплотнительных колец

при изменении температуры узла, что затрудняет использование указанной конструкции. Возникает необходимость компенсации деформаций, обусловленных расширением металлической обоймы.

Целью изобретения является увеличение надежности и упрощение конструкции торцового уплотнения, работающего при значительных изменениях температуры, уплотнительные кольца которого фиксированы от проворота запрессовкой в металлические обоймы.

Указанная цель достигается тем, что в торцовом уплотнении, состоящем из двух контрколец, аксиально подвижного и вращающегося, каждое из которых запрессовано в металлическую обойму, обойма состоит из нескольких, жестко соединенных по торцам колец, изготовленных из материалов с различными коэффициентами температурного расширения, причем кольца располагаются в такой последовательности, что коэффициенты температурного расширения увеличиваются в направлении рабочей поверхности.

Такая конструкция обусловлена тем, что напряжения по длине запрессовки кольца

В обойму должны меняться постепенно, без резких скачков, в связи с тем, что уплотнительное кольцо изготовлено из хрупкого материала. Таким образом, при изменении температуры узла ио длине запрессовки обеспечивается неравномерный натяг и возникает изгибающий момент относительно центра масс сечения кольца, благоприятствующий сохранению плоскостности рабочей поверхности.

На фиг. 1 изображено торцовое уплотнение; на фиг. 2 и 3 - схема работы уплотнения.

Уплотнение работает следующим образом.

Уплотнительные поверхности вращающегося 1 и аксиально подвижного 2 колец, притертые до высокой степени частоты, прижимаются друг к другу с помощью сильфона 3. Образуется уплотнительная щель, разделяющая полости с уплотняемой и запирающей средами. В уплотнительной щели при вращении формируется тонкий слой жидкости, который смазывает рабочие поверхности и предохраняет их от повреждений, а также препятствует перетечкам жидкостей из одной полости в другую. Уплотнительные кольца 1 и 2 запрессованы в металлические обоймы, состоящие из титановых 4 и 5 и стального 6 и 7 колец. Нри определенной температуре с помощью притирки обеспечивается плоскостность уплотнительных поверхностей.

Напряжение изменяется (фиг. 2 и 3) в месте запрессовки обоймы при новыщении температуры (относительно температуры притирки). Если обойма изготовлена из однородного материала (фиг. 2), то происходит равномерное изменение напряжения по длине запрессовки, которое сопровождается изменением геометрии рабочей поверхности. В случае, если обойма изготовлена из нескольких материалов, имеющих различные коэффициенты температурного расширения, то изменение напряжения неравномерно по длине запрессовки (фиг. 3), вследствие чего относительно центра масс кольца возникнет изгибающий момент, который компенсирует тепловую деформацию кольца. Для сохранения плоскостности уплотнительной поверхности необходимо, чтобы сумма всех тепловых и механических короблений уплотнительного кольца равнялась нулю, что и реализуется в приведенном примере. Поддержание необходимой геометрии рабочей поверхности обеспечивается и при охлаждении устройства.

Технико-экономический эффект изобретения заключается в повыщении надежности и герметичности уплотнения за счет сохранения параллельности рабочих торцов при повышении температуры.

i/3ffe e/ t/e ffa/7/oj Jiffef/i/i/

f/a /j e//c/ /

.Z

Фш.З

ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ, состоящее из двух контрколец, аксиально подвижного и вращающегося, каждое из которых запрессовано в металлическую обойму, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и герметичности уплотнения, обойма состоит из нескольких жестко соединенных по торцам колец из материалов с разными коэффициентами температурного расширения, причем коэффициент температурного расширения колец, составляющих металлическую обойму, увеличивается в направлении уплотнительной поверхности.