Сальниковое уплотнение Советский патент 1987 года по МПК F16J15/18 

135

Изобретение относится к уплотни- тельной технике и может быть использовано для гермети;1ации валов и штоков химических машин и аппаратов, насосов, арматуры и другого оборудова

ния, работающих в тяжелых условиях по давлению и температуре уплотняемой среды.

Цель изобретения - обеспечение равномерного распределения давления набивки на вал за счет определения оптимальной величины угла наклона образующей конуса сальниковой камеры.

На фиг, 1 изобр;1жено сальниковое уплотнение конструкции; на фиг. 2 - зависимость давления на дно сальниковой камеры Рд от угла наклона образующей конуса сальниковой камеры

при различных уровнях давления нажим- 2о ка по углу of(шириною а) отмечена на ной втулки; на фиг. 3 - зона эффек- фиг. 2. Как видно из результатов исоптимального.угла наклона In о(лпт (рад) от величины In

тивной работы сальника; на фиг. 4 - расчетная схема сальника с цилиндрической сальниковой камерой; на фиг.5 расчетная схема сальника предлагаемо конструкции; на фиг. 6 - зависимость

камеры

fjL

k .. i j: --jiri 7.тлпи1 -L ч ,j для

различных набивочных материалов. I В качестве характеристики, позволяющей судить об эффективности сальника, бьто выбрано давление набивки, передаваемое ею на дно камеры Р при заданном давлении нажимной втулки Р, так как от этой величины зависит как известно, давление набивки на ва или шток, создающее угшотняющий эффект

Р 1 V

х d

где Р - давление набивки на вал или

шток; «

К - коэффициент бокового давления.

В традиционном решении сальника с мягкой набивкой давление набивки на дно Р , составляет около одной трети

н

.от давления нажимной втулки Р

Т G i

В сальниках конструкции величина Р значительно вьша и с возрастанием Р., увеличивается.

п

На фиг. 3 показан характеркривой распределения давления на днов сальнике предлагаемой конструкциис конической сальниковой камерой.

2

Здесь точка I соответствует зна- ченй:ю давления, передающегося на дно в обычном сальнике (о(). При увеличении d давление на дно сальника возрастает и при некотором значении

достигает максимального

(точка II). При дапь

значения нейшем же увеличении угла это давление постепенно убывает и может достичь значений, меньших, чем в обычном сальнике (точка III):

Р

Таким образом, конструкция уплотнения наиболее эффективна при значениях d о1

опт

и в окрестностях этой

точки. Зона эффективной работы сальни5

о

следований (фиг. 2), этот характер кривой свойственен для всех исследованных типов набивок. Различие состоит в величине угла d и ширине зоны зоны а эффективной работы сальника.

Как известно, при расчетах сальников с мягкими набивками с традиционной цилиндрической сальниковой камерой давление нажимной втулки и давление набивки на дно связаны соотношением:

4k(D8f6- PKf к)1

5

ZiL

Pi

8

l

(1)

где Р, и PJ - соответственно давление, нажимной втулки на набивку и набивки на дно камеры;

Df и Dj - диаметры камеры и вала; h - высота набивки;. К - коэффициент бокового давления;

f и fg - соответственно коэффициенты статического трения набивки о поверхности камеры и вала (щтока).

В случае сальникового уплотнения с конической сальниковой камерой (с углом с/), расширяющейся по мере удаления от рабочей поверхности нажимной втулки, угол с1 подбирается таким, что статическое трение набивки о пои f.

О

верхность камеры исчезает (фиг. 5).

В этом случае формула (1) приобретает вид

3

2Kf,h

Pk

4D7

р -е , (г)

/а-

где Ь - ширина набивки у входа нажимной втулки в камеру. Характеристика Kfg, т.е. произведение коэффициента бокового давления на коэффициент статического трения, наилучшим образом характеризует статическое трение относительно поверхности вала при сжатии (затяжке) набивки. Поэтому результаты экспериментальных исследований различных наби- вочных материалов (фиг. 2) при обра- ботке были предоставлены в виде функции (фиг. 6) в исследованном диапазоне давлений:

In d

опт

Ф(1п) д

(3)

аппроксимированы зависимостью вида РН

А1пр

+ Б

(4)

где А и В - постоянные (,16; ,65).

Из выражения (2) получаем

1 il 2Kf fth

(.i)

и

(5)

с учетом (5) выражение (4) принимает

вид

2Kf gh

In d

опт

А

ь(0

+ В. (6)

Таким образом, справедливо выражение

ехр

A

2Kf6-h

b(§r-

ли

опт ,32Kf eh

b() DS

B

2, (7)

Аналогично были определены и границы эффективной работы.

В качестве примера покажем, как формула (7) может быть преобразована применительно к конкретной набивке для расчетной практики, например для сыпучеволокнистой композиции, идущей на изготовление колец АГ-50.

Для выполнения проектных расчетов сальника в формулу целесообразно

1350430

ввести даЁленне герметизируемой среды Р„ .

Как известно, сальник герметичен, если Pj( Pj, или (X), так как Р,КРу (Р - боковое давление набивки). Но согласно выполненным исследованиям для набивки в виде асбесто-. графитовой композиции

Kf A p..,

(8)

РО

Т

с учетом соотношения (X)

(9)

Kf А ().

К

20

Подставляя (9) в (6), получим 2.A ()

25

(10)

0

где Ад 2А А .

Обозначив . через m, а п; + 1 через q-, получим

Ь Ь

In of,

п.

А -Р с/ °

) 6

+В, (11)

h

DK

+ В.

+ 1)

(11й)

В уравнении (11) A/, В, n

1

m.

q - коэффициенты и показатели, характеризующие физико-механические свой- ства материалов, которые определяются экспериментально. Дпя сыпучеволок- нистой набивки (масса для колец АГ-50), например.

,88.p- 4 .hТогда А 2А-А 2 -(-1,16)-8,88

-20,6; ,,4; +1 -0,,61; ,224.

Таким образом, для этого типа набивки оптимальный угол наклона боковой поверхности конической сальниковой камеры определится из соотношения:

(20,

0,22. .,О.И

0,224 ,0,4

2,65)

.b°( 6

Аналогично могут быть определены значения d и для других набивочных материалов.

Сопоставление расчетных и экспериментальных данных для набивки АГ-50 (свежая масса) привед ;но в таблице.

Предлагаемое сальниковое уплотнение содержит (фиг. 1) нажимную втулку 1, оказываю1 (ую давление на набивку 2, помещенную в сальниковую камеру 3, расширяющуюся по мере удаления от рабочей поверхности нажимной втулки и заканчивающуюся цилиндрической частью 4. Образующая поверхность сальниковой камеры составляет с осью сальниковой камеры угол с .

Уплотнение работает следующим образом.

При затяжке сальника с помощью на- |жимной втулки 1 материал набивки 2 уплотняется и смещается при минимальном статическом трении относительно ограничивающих набивку поверхностей сальниковой камеры 3, а также вала или штока 5. При этом усилие затяжки практически не затрачивается на преодоление статического трения между набивкой и ограничивающими поверхностями и расходуется на деформирование набивки в боковом направлении, т.е. на создание уплотнительного эффекта. Для уменьшения степени деформирования набивки в боковом направлении в слоях, наиболее удаленных от поверхности нажимной втулки, т.е. у дна сальника, и улучшения условий прижатия набивки к ограничивающим поверхностям коническая часть камеры у дна снабжена цилиндрической частью. Формула изобретения

1. Сальниковое уплотнение, включающее нажимную втулку, вал или шток.

15

IQ

3504306

сальниковую камеру, выполненную расшир яющейся по мере удаления от рабочей поверхности нажимной втулки и заполненную эластичной или сыпучеволок- нистой набивкой, отличаю- щ е е с я тем, что, с целью обеспечения равномерного распределения давления набивки на вал или шток, оптимальная величина угла наклона образующей конуса сальниковой камеры, рад, равна

K-f,

опт

ехр

l-t

2,32

. 6liL Ь(.„

+2,65

где b и h - ширина и высота набивки

соответственно; DQ и D - соответственно диаметры

вала и конической сальниковой камеры у поверхности нажимной втулки; К - коэффициент бокового давления набивки;

„ - коэффициент статического трения материала набивки о рабочую поверхность вала или щтока,

2. Уплотнение по п.1, о т л и - чающееся тем, что границы зоны эффективной работы сальника ограничены углами, рад:

, . Г Го с:,; K-fa-h di ехр|- j.3, JD

,ГГК-feh

о( 1 ,23

Ь(-Ь+1)

6

,

Ь(.„

+2,42

3. Уплотнение по пп.1 и 2, о т - личающееся тем, что с целью уменьшения степени деформации набивки в боковом направлении, ликвидации застойных зон в набивке и улучшения условий прижатия ее к уплотняемым поверхностям, у дна сальниковой камеры выполнена цилиндрическая часть, переходящая в коническую.

9,56

2,7

2,94

8,336,37

2,62,5

2,912,83

4,46 3,19 1,91

2,3 2,22,6

2,74 2,64 2,46

Изобретение относится к уплот- нительной технике и позволяет получить равномерное давление на вал за счет определения оптимальной величины угла наклона образующей конической поверхности сальниковой камеры по формуле ехр ,32-K-fj-h:b: :(D :Dg+1)-f2,65J| , где b и h - ширина и высота набивки соответственно; D J и D,, - диаметры вала и конической сальниковой камеры у поверхности нажимной втулки соответственно; К - коэффициент бокового давления набивки; f j - коэффициент статического трения материала набивки о рабочую поверхность вала или штока. Границы зоны эффективной работы сальникового уплотнения определяются по формулам о(, ехр ,5б-К g.h:b:(Dj,:Dj+1)+2,88 ; o(2 expf- 1,23KK-ffc-h:b:(D :D5+1)+ . +2,42jl|. 2 З.П. ф-лы, 6 ил. 1 табл. (Л С со ел О со

rf/ опт фиг.Ъ

У

Сыпуче олокнастая асбестофторопластоёа/ надибка АФТ о Сухая графитная набибка ; а Пластовая набиёка.; х Ас6есто-графато6ая компазии,ия- 7 асбестобая

сыпуче§олокнастая набиёка..

Фиг.6

Составитель А. Шмелев Редактор В, Да.нко Техред и. Попович Корректоре,. Кравцова

Заказ 5245/37 Тираж 804Подписное

ВНИШШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москвар Ж-ЗЗ, Ра тдская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфиче ское предприятие, г, Ужгород., ул. Проектная, 4