Уплотнение вала Советский патент 1991 года по МПК F16J15/44 

Изобретение относится к уплотни- тельной технике, в частности к бес контактным уплотнениям валов, и может быть использовано в насосострое- нии и компрессоростроении.

Цель изобретения - повышение надежности герметизации и снижение протечки.

На фиг.1 изображено предлагаемое уплотнение, продольный разрез; на - то же, пример исполнения с дополнительной камерой между корпусом и втулкой.

Уплотнение вала 1 содержит уста- ношенную в корпусе 2 с возможностью осевого перемещения и герметично сопряженную с этим корпусом втулку 3, разделяющую зону А высокого и зону Б низкого давлений. Втулка 3 охва тывает вал 1 с дросселирующим зазором 4, который образован коническими поверхностями вала I и втулки 3, выполненными с уменьшением диаметра в CTOpoiry зоны А, при этом зазор рас- ширяется в сторону зоны А ступенчато за счет выполнения охватывающей вал 1 поверхности втулки 3 ступенчатой (фиг.1) или конфузорно за счет выполнения охватывающей вал 1 поверх- ности втулки 3 и охватываемой втулкой 3 поверхности вала 1 разной конусности (фиг.2). Сопряженные наружная поверхность втулки 3 и внутренняя поверхность корпуса 2 выполнены ступенчатыми с уменьшением диаметра в сторону зоны Б и о бразуют между собой кольцевую камеру 5, сообщенную выполненными во втулке 3 каналами 6 с зазором 4. Сопряжения втулки 3 с корпусом 2 герметизированы уплот нитетьными элементами 7. Уплотнение снабжено средством создания уравновешивающей осевой нагрузки на втулке j в виде пружины 8 (фиг.1) или до- полнительной кольцевой камеры 9, об- разованной выполненными ступенчато суживающимися от средней части втулки 3 в сторону зоны А сопряженными поверхностями корпуса 2 и втулки 3, причем в корпусе 2 выполнен канал 10 соединяющий камеру 9 с зоной Б, или дренажный канал (не показан).

Уплотнение вала работает следующим образом.

При подаче рабочей среды устанавливаются следующие давления: в зоне А - давление Р , в камере 5 - давление РЈ, в зоне Б - давление Р , при

чем Vt Рг Рд. Тогда сила, действующая на втулку 3 со стороны зоны А высокого.давления (герметизируемой полости), равна F, P i S, где S, - проекция поверхности торца втулки 3, воспринимающей давление Р на плоскость, перпендикулярную оси вала I. Сипа, действующая на втулку 3 со стороны кольцевой камеры 5, равна F2 P2 S, где S2 проекция поверхности втулки, воспринимающей давление Р, на ту же плоскость. Сила, действующая со стороны зоны Б низког давления, равна Fg Р , So, где S - проекция поверхности втулки 3, воспринимающей давление Р. Сила, действующая на втулку 3 со стороны дросселирующего зазора 4, равна Тц, j P x х dS, где Pq. - переменное по длине давление в дросселирующем зазоре 4 Обозначим силу упругости пружины 8

Fu. Тогда уравнение статического рав-

«„

новесия втулки j в направлении оси

вращения можно записать как F F +

+ РЭ + F4 + F.

В начальный момент под воздействием силы F 1 F2 + V з + F). + Fy со стороны герметизируемой полосой А втулка 3 перемещается в сторону зоны Б низкого давления. При этом происходит уменьшение проходного сечения и увеличение конфузорности дросселирующего зазора 4, в результате чего благодаря наличию каналов 6 возрастает давление Р2, а следовательно, и сила F2 P2 S2. Кроме того, возрас тают силы I- ц. и Fu . Процесс перемещения втулки 3 продолжается до тех пор, пока не установится статическое равновесие при необходимых радиальной величине и форме дросселирующего зазора 4. При продолжительной работе возможен износ (например, при попадании абразивных частиц) поверхностей втулки 3 и вала 1, образующих дросселирующий зазор 4. Особенно интенсивно износу подвергается участок втулки 3, расположенный со стороны зоны Б низкого давления, где проходное сечение дросселируюшего зазора 4 минимально. При увеличении проходного сечения на этом участке вслед ствие износа происходит падение давления в зазоре 4, а следовательно, и падение давления Р и нарушается условие статического раннг не сия втулки 3, что вызывает ее автоматическое перемещение в сторону чоны Б низкого

давления до восстановления статического равновесия. В результате происходит восстановление заданных формы и размера дросселирующего зазора 4. Это повышает надежность и дол овеч- ность уплотнения и снижает протечки.

В случае, когда функцию элемента 8 выполняет дополнительная разгру оч ная камера 9, уплотнение работает

аналогично. Уравнение статического равновесия втулки 3 имеет вид F , + Fs F2 + F3 + F , хде Sr; S 5-- проекция поверхности втулки J, воспринимающей давление РЗ в дополни тельной разгрузочной камере 9, нэ перпендикулярную оси рала плоскость.

Выполнение условий статического равновесия втулки 3 при Р( Рг обуславливается тем, что S г S,.

Таким образом, предлагаемая конструкция уплотнения обеспечивает снижение протечек в процессе продолжительной работы за счет саморегулирования величины зазора, повышение надежности за счет улучшения упруго- демпферных свойств уплотняемого узла в процессе эксплуатации, а гаюке повышение долговечности за счет саморегулирования конф юг ном с)ормы и величины дросселируют.1 о .i г pi продолжительной работе. Формула и ч о Ь р и г н и ч

1. Уплотнение н.э.1, uoiupt чч разделяющую зоны высокого и . давлений герметично оопря ч с

KOpnyCOM С ВОЗМОЖНОС1 СЧ Ю Ft

0

5

0

0

5

5

ремещения втулку, охватывающую ваг. с дросселирующим зазором, расширяющимся в сторону зоны высокого давления, причем образующие этот зазор поверхности вала и втулки выполнены коническими с уменьшением диаметра в сторону зоны высокого давления, а также средство создания уравновешивающей осевой нагрузки на втулку, напраглен- ной в сторону зоны высокого давления, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности герметизации и снижения протечки, сопряженные поверхности корпуса и втулки выполнены ступенчатыми, суживающимися в сторону зоны низкого давления, при ттом между уступами корпуса и втулки образована кольцевая камера, соединенная выполненными во втулке каналами с дросселирующим зазором.

2.Уплотнение по п.1, о тл и- чающее ся тем, что средство создания уравновешивающей осевой нагрузки на втулку выполнено в виде дополнительной кольцевой камеры между корпусом и втулкой, образованной выполненными ступенчатыми, суживающимися от средней части втулки в сторону зоны высокого давления сопряженными поверхностями корпуса и втулки, при эггм в корпусе выполнен канал, со-

t динчющий згу камеру с зоной низкою дтаения, или дренажный канал.

3.Уплотнеш по ип. 1 и 2, отличающееся тем, что нтулка подпружинена в с-ерон} герметизируемом полос ги.

Изобретение относится к уплот- нительной технике и может быть не- пользовано ъ насосостроении и комп- рессоростроении. Цель изобретения - .повышение надежности герметизации и снижение протечки. Уплотнение вала I содержит установленную в корпусе 2 втулку 3, которая охватывает вал с дросселирующим зазором 4, образован ным коническими поверхностями вала 1 и втулки 3 и имеющим конфузорную форму. Конические участки вала 1 и втулки 3 выполнены с уменьшением диаметра в сторону зоны Б низкого давлении. Сопряженные поверхности корпуса 2 и втулки 3 выполнены ступенчатыми и образуют между собой кольцевую камеру 5, соединенную каналами 6 с зазором 4. Устройство г; абжено средством осевого нагружети- .-- втулки 3 в сторону зоны А, которое может быть выполнено в виде упругого элемента 8 или дополнительной разгрузочной камеры, соединенной каналом с зоной Б или снабженной дренажным каналом. 2 з.п, ф-лы, 2 ил. (С (Л 05 оо Јь СО