Торцевое уплотнение вала Советский патент 1984 года по МПК F16J15/34 

Изобр етение относится к уплотнительной текнике, например, для комп рессорных машин и насосов, в част нести для. компрессорных машин высок параметров (давление уплотняемой среды до 100 атм и более, скорость скольжения в зтлотнении до 100 м/с) Известна конструктщя торцового уплотнения вала, состоя1дая ия корпуса. Подвижной подпружиненной втул ки и вращающейся с валом обоймы С13 Недостатком такого уплотнения является неуправляемость термогидро динами11еского расклинивания пары трения (контактньк поверхностей . втулки и обоймы), что приводит к воз можности возникновения частично, сухого трения в паре и, как следствие к повьшению коэффициента трения, износу пары трения и значительному , моменту трогания. Кроме того из-за нестабильности.жидкостного клина в паре теплротвод с Контактных поверхностей затрудней, что вызывает местньй перегрев их, а при применеНИИ твердых сплавов для контактных поверхностей приводит к растрескива нию последних. Известно торцовое уплотнение вала. Которое состоит из корпуса, под вижной подпружиненной и уплотнитель ной относительно корпуса втулки, обоймы и средства для создания гидравлического клина между втулкой и обоймой 2. Однако в известном устройстве в момент пуска из-за инерционности ра зогрева уплотнения гидродинамически клин отсутствует, что приводит к значительному моменту сопротивления при пуске, ухудшает тепЛоотвод, чем снижает надежность и работоспособность.. Цель изобретения - повышение надежности путем уменьшения трения и улучшения теплоотвода в паре трения. Поставленная цель достигается тем, что в торцовом уплотнении вала содержащем вращающийся и невращающийся элементы пары трения, поджаты один к другому, и средство для созДания гидравлического клина между элементами, упомянутое средство выполнено в виде прорезей, вьтолненных параллельно поверхности трения на вращающемся и невращающемся элементах, причем прорези вьтолнены черед ующимися по наружной и внутренней поверхностям упомянутых элементов. На фиг. 1 изображено торцовое уплотнение вала, разрез, на фиг. 2 разрез А-А на фиг, 1, на фиг. 3 - разрез В-Б на фиг. I, на фиг. 4- вариант выполнения торцового уплотнения на фиг. 5 - разрез В-В на фиг.4. Торцовое уплотнение вала состоит из обоймы 1, втулки 2, подпружиненной пружинами 3 и уплотненной относительно корпуса 4 резиновым кольцом 5. Обойма 1 зафиксирована шпонкой 6 относительно вала 7 и уплотнена резиновым кольцом 8. Обойма 1 и втулка 2 имеют контактные поверхности 9, отделяющие полость рабочей ере- ды 10 и полость tl. В обойме 1. и втулке 2 вьтолнены.прорези 12, параллельные контактной поверхности 9. В корпусе 4 расположено отверстие 13 для подвода охлаждающей запираюп1ей жидкости. Контактные поверхности 9, выполненные из антифрикционных твердых сплавов, разделены перегородками 14. Глубину, прорезей 12 и их количество определяют из условий работы и размеров торцового уплотнения, а толщину металла между прорезью и контактной поверхностью выбирают из условия необходимого прогиба. Расчет максимально.го прогиба зсонтактной поверхности 9 может быть s ... произведен известным способом. Контактные поверхности 9, выполненные из твердого сплава, разделены перегородками на зоны 15, наличие перегородок на контактных поверхностях, разделяющихих на зоны, позволяет лучше отводить тепло из области контакта, так как перегородки увеличивают поверхность охлаждения, а также снизить термические и изгибвые напряжения в твердом сплаве, обус-. ловленные различными коэффициентами линейного расширения твердого сплава и основного материала. Работа торцового уплотнения вала происходит следующим образом. Охлаждающая запирающая жидкость подводится в зону контакта обоймы 1 и,втулки 2 через отверстие 13, либо по каналу 16. В зону контактных поверхностей 9 поступает под давлением, например, турбинное масло с добавлением, превьшающкм давление р полости рабочей среды 10 на 1-5 кгс/см.

В конструкции при работе создается волнистая поверхность сопряженных деталей, что приводит к образованию стабильного гидродинамического клина в паре трения. Причем эта волнистая поверхность возникает сразу же при подаче запирающей жидкости, обеспечивая малый момент трения во время пуска, а также работы уплотнения вала. Одновременно с остановом машины и сбросом давления охлаждающей запирающей жидкости исчезает волнистая контактная поверхность, что улучшает плотность (герметичность) конструкции. Наличие стабильного гидродинамического клина уменьшает трение в паре, уменьшает тепловьщеление и улучшает теплоотвод. Прорези 12 выполняют фрезерованием, как с внешней так и с внутренней стороны деталей на универсальном металлорежущем оборудовании без каких-либо трудностей.

Обойма 1 вращается с валом 7, втулка 2 не вращается, а контактными поверхностями 9 дрджш{ается пружи нами 3 и давлением охлаждающей запирающей жидкости к соответствующим поверхностям 9 обоймы 1 и имеет возможность осевого перемещения. При

этом перепад давления- действует на контактные поверхности 9,-осуществляя прогиб их на 1-3 мк в том месте, где в обойме 1 и втулке 2 выполнены прорези 12. Охлаждающая.запирающая жидкость заполняет прогибы и образуе гидравлический клин в зоне контакта обоймы 1 и втулки 2 на контактной поверхности 9.

В процессе работы торцового уплотнения вала на контактной поверхности 9 возникают изгибные деформации вследствие прогиба их в районе прорезей 12 и за счет различного коэффициента теплового расширения зон 15 из твердого сплава и основного металла втулки 2 и обоймы 1. Для снятия изгибньтх напряжений вьшолнены перегородки 14.

Предложенная конструкция позволяет уменьшить момент сопротивления от сил трения при пуске, улучшает плотность после останова, уменьшает тепловыделение и улучшает теплоотвод из зоны контакта. Простое изготовление прорезей и расчет волнистой поверхности позволяют получить высоконадежное торцовое уплотнение вала компрессорных машин, насосов, мешалок.

ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНКЕ ВАЛА, содержащее вращающийся и невращающийся элементы пары трения, поджатые один к другому, и средство для созда ния гидравлического клина между эпемеитами, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения трения и улучшения теплоотвода в паре трения, средство для создания гидравлического клит1а выполнено в виде прорезей, выполненных параллельно поверхности трения на вращаю1чемся и невращающемся элементах, приче { прорези выполнены чередующимися по наружной и i внутренней поверхностям упомянутых элементов. (Л с -3.J 5 п J 4 // / .Фи-i.i

иг.2 Фиг.

11

16

12