Торсионное уплотнение вала Советский патент 1989 года по МПК F16J15/52 

СЛ1

О) vl

sD

Фаг.1

Изобретение относится к уплотни- тельной технике, в частности к уплотнениям валов с ограниченным углом поворота, применяемым в гермо- вводах в вакуумные камеры, поворотных гидродвигателях и трубопроводной арматуре, датчиках давления и манометрических датчиках температуры

Цель изобретения - повьшение надежности и расширение функциональных возможностей торсионного уплотнения вала (ТУВ) в части повыпения точности позиционирования уплотнения вала, разгрузка вала от осевых сил и увеличение вращающего MOMeHTaj выполнение функций опоры скольжения вала и функций преобразователя перепада давления (д Р) во вращающий момент или пропор1а1ональный ему угол поворота вала в заданном направлении или во вращающий момент, возвращающий вал в исходное положение и пропорциональньй углу поворота вала от этого положения.

На фиг.1 представлено ТУВ , на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг. 3 - вариант двойного ТУВ с гидростатической разгрузкой, на фиг.4 - сечение В-Б на фиг.З) на фиг.5 - вариант двойного ТУВ с трубчатым гибки разделителем сред (ТГРС), размещенным внутри пружиныJ на фиг.6 - то же с функцией преобразователя ЛР во вра .щающий момент или пропорциональный ему угол поворота вала с размещением ТГРС снаружи пружины; на фиг.7 - сечение В-В на фиг.5.

ТУВ содержит вал 1, корпус 2, ТГРС 3, находящийся под действием разности давлений сред Р , винтовую пружину 4, размещенную соосно ТГРС со стороны среды с более низким давлением Р . Концы 5 винтовой пружины зафиксированы от проворота на прим1.1кающих к ним частях вала и корпуса путем размещения их отогнутых частей в пазах этих деталей. При этом примьшающие к месту крепления к валу витки пружин 4 от своих концов 5 ориентированы против направления V поворота вала под действием Р (фиг.1,2 и 6) или по этому направлению (фиг.5 и 7). При этом для обеспечения одинакового направления ориентации концов пружин, примыкающих к валу в двойных ТУВ (фиг.5,6,7), пружины в его частях выполнены с различным направлением навивки.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

В варианте двойного ТУВ с гидростатической разгрузкой (фиг. 3 и 4) витки пружин в месте крепления к валу имеют противоположную направленность, которая достигается использованием пружин с одинаковым направлением навивки.

В корпусе 2 (фиг.6) против места крепления пружин к валу может быть предусмотрен опорный выступ 6 для фиксации ТГРС от радиальных перемещений и выполнения им функции опоры вала.

Для герметизации концов ТГРС могут применяться дополнительные резиновые уплотнители 7.

В варианте двойного ТУВ (3, 5, 6) ТГРС может быть выполнен общим для двух частей ТУВ и герметично соединен лишь с корпусом (фиг.5 и 6).

При отсутствии движения вала ТГРС герметично отделяет среды с давлениями Р. и Р . Под действием д Р он прижимается к пружине и благодаря малым зазорам Г между ее витками и малой деформации витков пружины при закреплении ее концов способен выдерживать высокие (более 50 МПа)д Р даже при изготовлении ТГРС из наиболее гибких низкомодульных материалов (резин, фторопласта и т.п.).

Применение пружин из проволоки прямоугольного сечения вместо проволоки круглого сечения повьппает надежность устройства как за счет исключения дополнительных деформаций ТГРС при прижатии его к тороидальной поверхности пруткины из проволоки круглого сечения, так и за счет yjBe,-. личения прочности пружины при равных габаритах. Размещение ТГРС внутри пруткин (фиг.5) .дополнительно повышает надежность устройства, так как витки пружины в этом случае работают на растяжение и им не грозит разрушение от потери устойчивости, свойственное работе витков на сжатие.

Под действием сжимающей или рас- тягивакщей радиальной нагрузки, передаваемой пружине от.ТГРС, витки пружины стремятся измениться в диаметре и в их сечениях возникают продольные (тангенциальные) напряжения. При этом сжимающие нагрузки на пружину трансформируются в толкающее усилие на ее концах, а растягивающие - в тянущее усилие. Эти усилия передаются через места крепления концов

5

пружин к валу и корпусу и создают вращающи момент на валу, пропорциональный 6 Р и направленный по стрелке V..

Воздействие д Р на торец вала создает и осевую нагрузку на вал. В варианте (фиг.З) с двойным ТУВ две части ТУВ симметрично расположены относительно вала, с разных его сторон и имеют разные диаметры, поэтому осевые нагрузки на вал практически исключаются. В случае ориентации примыкающих к валу витков пружин в разные стороны (фиг. 3, 4) уравновешиваются и вращающие моменты от АР на пружинах.

В варианте двойного TVB с одинаковой ориентацией концов пружин у вала (фиг.5-7) моменты от двух пру71шн суммируются и общий момент на валу отд Р удваивается.

При повороте вала на ограниченный угол под действием внешнего вращающего момента винтовые пружины закручиваются вокруг своей оси, т.е. работают как пружины кручения. В пределах их упругого хода их наруж- ньй диаметр изменяется незначительно ( до 5%), поэтому исключаются чрезмерные деформации ТГРС в радиальном направлении и повышается его надежность.

При отключении внешнего вращающего момента от вала и незначительном Ар запасенная пружинами энергия воз- .вращает вал в исходное положение. Таким образом, пружины вьтолняют дополнительную функцию возврата вала в исходное положение, что упрощает кон- струкцию привода вала.

В двойном ТУВ (фиг.З) момент пружин от действия иР способствует возврату вала в исходное положение. При повороте вала пружины закручиваются в разные стороны, причем диаметр одной из них увеличивается, а другой уменьшается. Благодаря этому момент, создаваемый пружиной большего диаметра, выпе, чем у пружины меньшего диаметра, и направлен на поворот вала в исходное состояние, где диаметры пружин равны.

При отсутствии внешних моментов на валу в ТУВ (фиг.1) и двойных его вариантах (фиг.5,6) создаваемый под действием д Р момент в пружинах вращает вал по стрелке V до тех пор, пока не наступит равновесия между уп167026

ругими силам пружин и силами дГ, передаваемыми ТГРС. При этом угол поворота вала прямо пропорционален аР, т.е. он выполняет функцию датчика давления.

Величина угла поворота вала прямо пропорциональна числу витков в пруям- не, так как радиальные деформации

0 витков трансформируются в тангенциальные и суммируются в общий поворот концов пружин.

При превышении момента от 4 Р упругого момента пружин устройство спо15 собно поворачивать вал и при наличии нагрузки на валу, т.е. работать Как поворотный гидродвигатель с возвратом вала в исходное псхпожение за счет имеющихся пружин.

20 Силы трения между пружиной и ТГРС незначительны, так как углы их поворота одинаковы и их взаимное проскальзывание наблюдается лишь в узких зонах около межвитковых зазоров.

25 Применение ТГРС из антифрикционного материала при этом снижает потери на трение и повыпает КПД такого гидродвигателя и точность позиционирования вала в равновесных положе- .

30 ниях.

Одновременно такой ТГРС может служить антифрикционным вкладышем между валом и выступом 6 корпуса, обеспечивая работу устройства в качестве шарнирной опоры вала.

Малые потери на трение в случае использования ТГРС из фторопласта позволяют закреплять его только относительно корпуса (фиг.З и 6). При

35

этом в процессе поворота вала ТГРС неподвижен и лишь скользит по валу и пружинам, что позволяет выполнять его более толстостеиньм, упростить и повысить надежность устройства.

45

Формула изобретения

1. Торсионное уплотнение вала, со- держащее корпус, трубчатый гибкий разделитель сред и винтовую пружину, размещенную соосно с ним со стороны среды с низким давлением, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повыпения надежности, концы винтовой пружины зафиксированы от проворота на примыкающих к ним частях вала и корпуса.

2.Уплотнение вала по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности позиционирования уплотнением вала, винтовая пружина выполнена из проволоки прямоугольного сечения и установлена без касания витков.

3.Уплотнение вала по п. 2, отличающееся тем, что трубчатый гибкш разделитель сред выполнен из антифрикционного материала, например фторопласта.

4.Уплотнение вала по п. 3, отличающееся тем, что, с целью разгрузки вала от осевых сил

и увеличения вращающего момента, установлены дополнительные трубчатый гибкий разделитель сред и винтовая пружина, расположенные с другой стороны от места крепления к валу основных упомянутых элементов, а их диаметры выполнены равными.

5.Уплотнение вала по п. 4, отличающееся тем, что, с целью выполнения функции опоры сколь0

жения вала, трубчатый гибкий разделитель сред оперт о корпус против места крепления пружин к валу.

6.Уплотнение вала по п. 5, отличающееся тем, что, с целью выполнения функции преобразователя перепада давления во вращающий момент или пропорциональный ему угол поворота вала в заданном направлении, примыкающие к месту крепления к валу витки пружин ориентированы по или против этого направления, а трубчатые гибкие разделители

5 сред расположены соответственно внутри или снаружи пружин.

7.Уплотнение вала по п. 5, о т- личающееся тем, что, с целью повышения функции преобразователя перепада давления во вращающий момент, возвращакяций вал в исходное положение и пропорциональный углу поворота вала от этого положения, примьжакжцие к месту крепления к валу витки пружин ориентированы в противоположных направлениях.

0

5

Изобретение может быть использовано в уплотнениях валов с ограниченным углом поворота. Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей уплотнения в части повышения точности позиционирования, разгрузки вала от осевых сил и увеличения вращающего момента, выполнения функции опоры скольжения и преобразователя перепада давления во вращающий момент. Винтовая пружина (П) 4 размещена соосно с трубчатым гибким разделителем сред (РС) 3 со стороны среды с низким давлением. Концы 5 П 4 зафиксированы от проворота на примыкающим к ним частях вала 1 и корпуса 2. П 4 выполнена из проволоки прямоугольного сечения и установлена без касания витков. РС 3 выполнен из антифрикционного материала, например, из фторопласта. С другой стороны от места крепления к валу 1 РС 3 и П 4 установлены дополнительные РС 3 и П 4 и их диаметры выполнены равными. РС 3 оперт на корпус 2 против места крепления П 4 к валу 1. РС 3 м.б. расположены внутри или снаружи П 4. Примыкающие к месту крепления витки П 4 ориентированы в противоположных направлениях. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Фаг 3

ч 5

5 ,в а

5-6

ФигЛ 5

Фиг. 5

Фиг.6

Составитель И.Пащенко Редактор Н.Гунько Техред Л.Олийнык Корректор М.Васильева

Заказ 6367/35

Тираж 721

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Фи.1

Подписное