Газовое уплотнение Советский патент 1984 года по МПК F16J15/44 

Изобретение относится к уплотнениям и можетбыть использовано в птиндельных опорах металлорежущи станков. Целью изобретения является повы шение надежности уплотнения за сче уменьшения гидравлического сопротивления уплотняющего зазора между окружающей средой и уплотняющей ка навкой по отношению к гидравлическ сопротивлению уплотняющего зазора между уплотняющей и дренажной кана ками путем уменьшения его геометри ческой характеристики и расширения .уплотнякяцего зазора в направлении от дренажной канавки к окружающей среде, что приведет к сокращению простоев оборудования и повьш1ению его производительности. На фиг. 1 изображено газовое уплотнение шпиндельной опоры; на фиг. 2 - узел 1 на фиг, 1, на фиг.З то же, с иным выполнением уплотняющих зазоров. Газовое уплотнение шпиндельной опоры, включающей шпиндель 1 и гидр статический подшипник 2 с несущими карманами 3, содержит уплотняющие зазоры 4 и 5 с уплотняющими поясками 6 и 7, дренажную канавку 8 и уплотняюшую канавку 9. Уплотняющая канавка 9 расположена между дренажной канавкой 8 и окружающей средой и соединена с источником сжатого воздуха 10. Дренажная канавка 8 соединена каналом, имеющим участки 11, 12 и 13 со сливом, например баком 14, Уплотняющий зазор 4 длиной м и высотой h размещен между окружающей средой и уплотняющей канавкой 9. Уплотняюиулй зазор 5 длиной 63. и высотой h размещен между уплотняющей 9 и дренажной 8 канавками. Уплотняющая канавка 9 икеет глубину h,j и длину C На уплотняющем пояске 6 уплотняющего- зазора 4 между окрз ающей средой и уплотняющей канавкой 9 для повышения его механической прочности выполнена ::ольцевая проточка 15 со стороны уплотняющей канавки 9. Глубина кольцевой проточк 15 выбрана из .соотношенияhi- h Нз(см.фиг.2) , где h - глубина кольцевой проточки Уплотняющие зазоры 4 и 5 могут быть выполненн расширяющимися от дренажной канавки 8 к окружающей среде (см.фиг. 3). При этом расшире 96 ние уплотняющего зазора 4 может быть осуществлено ступенчато, когда .npn эквидистантном зазоре или монотонно, например, за счет выполнения конической поверхности, по краййей мере, одного из уплотняющих поясков ( или 7 уплотняющих зазоров 4, 5 при Гидравлическое сопротивление уплотняющего зазора определено соотношениемили иначе R -Rp где RP - геометрическая характеристика гидравлического сопротивления уплотняющего зазора, JU. - коэффициент динамической вязкости среды. Геометрическая характеристика гидравлического сопротивления может быть представлена „ - Гг где Гр геометрическая характеристика гидравлического сопротивления зазора, на единице его длины (удельная геометрическая характеристика) , приче,, 128 ; длина уплотняющего зазора, высота уплотняющего зазора. Из приведенных соотношений видно, что гидравлическое сопротивление уплотняющего зазора зависит от изменений его геометрической характеристики. Изменения же геометрической характеристики гидравлического сопротивления связаны с изменением входящих в нее геометрических параметров, т.е. длины € и высоты h , поэтому геометрическая характеристика может быть условно представлена соотношением I . В случае равенства высот hi и Из и длин 8-J и f 2. уплотняющих зазоров 4 и 5 их геометрические характеристики равны, а следовательно, равны и гидравлические сопротивления этих зазоров. Уменьшение гидравлического сопротивления уплотняющего зазора 4 и увеличения гидравлического сопротивления уплотнякщего зазора 5 обусовлено тем, что геометрическая характеристика /h, гидравлического сопротивления уплотняющего зазора 4 ежду окружающей средой и уплотняющей канавкой 9 меньше геометрическо характеристики . гидравлическог сопротивления уплотняющего зазора 5 между уплотняющей 9 и дренажной 8 к навками, , причем оптимальные значения этих характеристик выбраны из. соотношения 2 -р 6 л/2 , при этом длина ° уплотняюЩ|#го зазо ра 4 между окружающей средой и уплотняющей канавкой 9 меньше длины уплотняющего зазора 5 между уплотняющей 9 и дренажной 8 канавками, а высота h уплотняющего зазора 4 между окружающей средой и упло.тняющей канавкой 6 больше высоты h. уплотняющего зазора 5 между уплотняющей 9 и дренажной 8 канавками. . Газовое уплотнение работает следзпощим образом. В несущие карманы 3 гидростдтического подшипника 2 подают масло. Масло вытекает из подшипника 2 в дренажную канавку 8. В уплотняющую канавку 9 подают от источника 10 сжатый воздух. Сжатый воздух, попад в уплотняющую канавку 9, может выходить из нее в двух направлениях: через уплотняющий зазор 4 в окружающую среду и через уплотняющий зазор 5 в дренажную канавку 8. Выходя в окружающую среду, сжатый воздух отталки вает от уплотняющего зазора 4 вредные агенты окружающей среды (пыль, жидкость), не пропуская их в уплотняющую 9 и. дренажную 8 канавки. Сжа тьй воздух, выходя в дренажную канавку 8, не пропускает из нее в упл няющую канавку 9 и далее в окружающую среду масло, исключая его утечки в окружающую среду через уплотняющий зазор 4. Для этого необходимо, чтобы давление воздуха в уплотняющей канавке 9 было больше давления в дренажной канавке 8. Попадающие в дренажную канавку масло из несущих карманов 3 гидростатичес кого подшипника 2 и воздух из уплот няющей канавки 9 образуют масловоздушную смесь, которая по участкам 11, 12 и 13 сливного канала выт кает из дренажной канавки 8 в сливной бак 14. При этом давление в дренажной канавке 8 тем,больше, чем больше воздуха попадает из уплотняющей канавки 9 в дренажную 8, т.е. чем больше объем масловоздушной смеси, вытекающей из нее. В результате того, что геометрическая характеристика сопротивления уплотняющего зазора 4 меньше,- чем геометрическая характеристика сопротивления уплотняющего зазора 5, гидравлическое сопротивление уплотняющего зазора 4 меньше гидравлического сопротивления уплотняющего зазора 5, а следовательно, и скорость воздуха на вьходе из уплотняющего зазора 4 даже при малом давлении сжатого воздуха будет велика, а расход воздуха на выходе из уплотняющего зазора 5 даже при высоком давлении сжатого воздуха будет мал. Таким образом, воздух, выходя по уплотняющему зазору 4, надежно отталкивает от зазора поток смазочно- охлаждающей жидкости, льющейся в окружающей среде, с находящимися в ней частицами грязи. Благодаря поступлению малого количества воздуха из уплотняющей канавки 9 в дренажную канавку 8 по уплотняющему зазору 5, давление в дренажной канавке 8 понижается, что позволяет как при низком, так и при высоком давлении надежно обеспечить превышение давления воздуха , в уплотняющей канавке 9 над давлением воздуха в дренажной канавке В, что приводит к надежному предотвращению утечки масла через уплотняющий зазор 4 в окрудающую среду. Из условия уменьщения гидравлического сопротивления уплотняющего Зазора сортнощение длин уплотняющих зазоров 4 и 5 необходимо выбирать как можно меньше. Это может быть обеспечено либо увеличением длины 2. уплотняющего зазора 5, либо уменьшением длины EI уплотняющего зазора 4. Увеличение длины fj. приводит к увеличению консоли шпиндельной опоры и к ухудшению ее работоспособности. Отсюда следует, что необходимо уменьшать величину t длину уплотняющего зазора 4, однако при уменьшении длины :ft уплотняющего зазора 4 резко падает механическая прочность уплотняющего пояска 6 между окружающей средой и уплотнябщей канавкой 9. Поэтому на уплотняющем пояске 6 между окружающей средой и уплотнякицей канавкой 9 для сохранения его механической прочности при уменьшении длины уплотняющего зазора 4, непосредственно

1. ГАЗОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ, преимущественно гидростатических опор, имеющее уплотняющие зазоры с уплоТН5пощими поясками, дренажную канавку, соединенную каналом со сливом, и уплотняющую канавку, расположенную между окружающей средой и дренажной канавкой и соединенную с источником сжатого воздуха, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности уплотнения, длины уплотняющих зазоров выбирают из соотношения Р, и/или высоты этих зазоров из соотноN2 - M шения . Г bi 12 где , - длина уплотняющего зазора между уплотняющей канавкой и окружающей средой; ij, - длина уплотняющего зазора между уплотняющей и дренаж ной канавками, высота уплотняющего зазора между уплотняющей канавкой и окружающей средой; высота уплотняющего зазора между уплотняющей и дренажной канавками, 2.Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что, с целью i повышения механической прочности уплотняющего пояска, на пояске между уплотняющей канавкой и окружающей средой со стороны уплотняющей канавки выполнена кольцевая проточка с высотой менее высоты уплотняющей канавки. 3.Уплотнение по пп. 1 и 2, о т:лэ о о со лич.ающеес я тем, ч, с целью предотвращения выборки зазора под нагрузкой, уплотняющие зазоры выполнены расширяющимися в направлении от дренажной канавки к окружающей среде. 9