Уплотнение вращающегося вала Советский патент 1988 года по МПК F16J15/44 

DO

;о

СП)

сь

4

Изобретение относится к уплотни- тельной технике.

Цель изобретения - повышение эффективности герметизации за счет об- ра3ОБания между пластинами и валом ступенчатого винтового зазора.

На фиг. 1 изображено предлагаемое уплотнение; на фиг, 2 - разрез А-А на фиг. 1i на фиг. 3 - уплотнение с дополнительными пластинами на валу; на фиг. 4 - то же, с пластинами, выполненными с профильными поверхностями, неконцентричными валу.

Уплотнение состоит из корпуса 1 с установленными в нем плавающими кольцевыми пластинами 2, охватьшаю- щими вал 3 с радиальным зазором 4, Положение кольцевых пластин 2 зафиксировано бандажом 5, охватывающим их по наружному диаметру, и штифтами 6. Внутренние цилиндрические поверхности кольцевых пластин 2 расположены эксцентрично относительно вала 3 с различным направлением радиального смещения каждой пластины, причем направление смещения их осей со стороны высокого давления последовательно изменяется противоположно направлени вращения вала. Фиксирующие элементы выполнены в виде цилиндрической или браслетной пружины, установленной по винтовой линии. На валу установлены дополнительные пластины 7 с эксцентричными наружными цилиндрически- ми поверхностями, сопряженными с зазором 4 с соответствующими внутренними поверхностями пластин 2,, причем направление последовательного ради- ал.ного смещения наружных цилиндри- ческих поверхностей дополнительных пластин со стороны высокого давления совпадает с направлением вращения вала. На кольцевых пластинах 2 выполнено по одной профильной поверхнос- ти 8, кеконцентричной валу, при этом каждая из пластин контактирует этой поверхностью с фиксирующим элементом который установлен на соседней со стороны высокого давления пластине.

Уплотнение работает следующим образом.

При течении уплотняемой жидкости через радиальный зазор 4 между кольцевыми пластинами 2 и валом 3, который имеет сложную пространственную форму, происходит падение давления от величины Р„ до „, Сопротивление течению обусловлено, во-первых,

,

5 0 5 О ,, Q j

0

5

уменьшением площади проходного сечения рабочей щели за счет перекрытия части кольцевого зазора при относительном эксцентричном ориентировании внутренних расточек сопрягаемых кольцевых пластин; во-вторых, последовательное смещение осей рас-, точек создает движение потока утечки по цилиндрической винтовой линии с циклическим изменением площади сечения зазора, которое дополнительно создает гидравлическое сопротивление. В общем виде рабочий зазор представляет собой дискретную винтовую поверхность, составленную из конечного числа цилиндрических эксцентричных участков, и упрощенно работу конструкции можно сравнить с лабиринтно-вихревым импеллером. Однако при определенных условиях может преобладать не вихревая природа сопротивления, а вязкостный гидродинамический насосный эффект. При вращении вала 3 жидкость, находящаяся в зазоре 4, увлекается по окружности силами вязкости-в его кон- фузорную часть, вызывая эффект гидродинамического повышения давления, аналогичный появлению несущего масляного клина в подшипнике скольжения, Участок с наибольшим гидродинамическим давлением, в зазоре каждой из кольцевых пластин, оказывается открытым со стороны уплотняемого статического давления и приводит к на- гнетанию части рабочей жидкости против осевого направления основного потока утечки. Со стороны низкого давления эта область оказывается ограниченной торцовой поверхностью смещенной соседней кольцевой пластины. В противоположной диффузорной -части зазора происходит обратное ябление - жидкость натекает в область гидродинамического разрежения со стороны низкого гидростатического давления также противоположно потоку утечки. Таким о бразом, достигается дополнительное уменьшение утечки через уплотнение . Выполнение кольцевых плас- тин плавающими обеспечивает их самоустановку при радиальных колебаниях вала или попадании в зазор посторонних частиц. Абсолютная величина зазора каждой из пластин в конструкции может быть больше, чем в обычном уплотнении плавающего типа, так как это компенсируется их взаимным экс

центричным смещением. В случае при- мечения бандажа в виде винтовой цилиндрической пружины или браслетной пружины, установленной по винтовой линии, необходимую конфигурацию зазора получают упругим смещением колец с концентричной расточкой. При этом обеспечивается компенсация износа колец в работе и упрощается их изготовление. При установке на валу дополнительных пластин 7 к силам вязкости добавляется динамическое воздействие эксцентрично вращающихся цилиндрических поверхностей этих пластин, которое значительно интенсифицирует процесс динамического противодавления, усиливает насосный эффект. При вьшолнении на пластинах 2 профильных поверхностей 8 фиксирующие элементы, воспринимающие момент трения ификсирующие пластины от про ворота, установлены по одному на каждой из пластин 2 и входят в защепле- ние с этими профильными неконцентрич ными оси вала поверхностями 8, и смещение пластин происходит под действием сил жидкостного трения от вращения вала и сил реакции от контакта элементов 6 с поверхностями 8. Для обеспечения последовательного изменения направления смещения пластин каждая из них контактирует по поверхности 8 с элементом 6, установленным на соседней со стороны низкого давления пластине.

Предлагаемая конструкция позволяет повысить герметичность лабиринтного уплотнения за счет уменьшения площади проходного сечения кольцевого зазора и образования интенсивного гидродинамического сопротивления, а также увеличить .долговечность узла путем упругой установки кольцевых пластин, обеспечивающей компенсацию их износа и надежность работы на жид костях, содержащих абразивные включения.

10

15

20

25

30

35

40

45

ормула изобретения .1. Уплотнение вращающегося вала,

содержащее установленный в корпусе пакет кольцевых пластин с эксцентричными валу внутренними цилиндрическими поверхностями, сопряженных торцами и связанных между собой фиксирующим элементом, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности герметизации за счет образования между пластинами и валом ступенчатого винтового зазора, пластины установлены с последовательно изменяющимся вдоль вала направлением радиального смещения внутренних поверхностей со стороны высокого давления, противоположно направлению вращения вала.

2.Уплотнение по п. 1, о т л и- чающееся тем, что фиксирующий пластины элемент выполнен в виде витой цилиндрической или браслетной пружины, установленной по винтовой линии. .

3.Уплотнение по пп. 1 и 2, о т- личающее ся тем, что на валу установлены дополнительные кольцевые пластины с эксцентричными наружными цилиндрическими поверхностями, сопряженными с зазором с соответствующими внутренними поверхностями пластин, размещенных в корпусе, причем направление последовательного радиального смещения наружных цилиндрических поверхностей дополнительных пластин со стороны высокого давления совпадает с направлением вращения г- вала.

4.Уплотнение по п. 1, отличающее ся тем, что на кольцевых пластинах выполнено по одной профильной поверхности, неконцентричной валу, при этом каждая из пластин контактирует этой поверхностью

с фиксирующим элементом, который установлен на соседней со стороны высокого давления пластине.

Фиг.1

UПГ

А-А

Фиг, 2

Изобретение относится к уплотни- тельной технике. Цель изобретения - повьппение эффективности герметизации за счет образования между пластинами и валом ступенчатого винтового зазора. Уплотнение состоит из корпуса с установленными в нем плавающими кольцевыми пластинами, охватьтающими вал и образующими с ним внутренними цилиндрическими поверхностями ступенчатый винтовой зазор. Заданное положение пластин обеспечено фиксирующими элементами. На.валу может быть установлен пакет дополнительных пластин с радиальным смещением наружных цилиндрических поверхностей. Повышение эффективности герметизации обусловлено уменьшением площади сечения зазора между валом и пластинами и дополнительного сопротивления, создаваемого движением потока утечки по товому зазору с циклическим изменением площади сечения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. о W с:

c&t/e.J

ш

Фиг.