Лабиринтное уплотнение Советский патент 1992 года по МПК F16J15/44 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесконтактным уплотнениям лабиринтного типа для вращающихся валов.

Известно лабиринтное уплотнение (см. кн.:Васильцов Э.А. Бесконтактные уплотнения. -Л.: Машиностроение, 1974, с. 14, табл. 1), состоящее из вала, вращающегося во втулке с гарантированным радиальным зазором, с цилиндрическими канавками на вращающемся валу. Недостатком указанного уплотнения являются повышения требования к обеспечению оптимальных размеров, необходимость уменьшения радиального зазора, увеличение протяженности уплотнения, специальное профилирование кольцевых канавок для повышения эффективности герметизации, что делает конструкцию сложной и нетехнологичной.

Известно уплотнение вращающегося вала (патент США №4451046), состоящее из нескольких колец различной радиальной протяженности, плотно установленных на валу и образующих чередующиеся зоны сужения и расширения потока, а в цилиндрическую поверхность корпуса установлены кольцевые элементы, входящие в зоны расширения потока. Эта наборная конструкция

соединена каналами в корпусе с дросселями, через которые подается жидкость под давлением. Недостатком конструкции является ее сложность, необходимость иметь внешний источник давления, а также сложность сборки уплотнения.

Цель изобретения - устранение отмеченных недостатков, повышение эффективности герметизации.

Сущность изобретения заключается в обеспечении принудительной турбулизации потока рабочей среды и увеличении гидравлического сопротивления тракта прохода среды.

Указанная цель достигается тем, что в лабиринтном уплотнении, содержащем установленный в цилиндрическом отверстии корпуса вращающийся вал с выполненными на нем кольцевыми канавками, образующими с корпусом чередующиеся зоны сужения и расширения потока, по меньшей мере в одной кольцевой канавке установлена с натягом по поверхностям канавки свернутая в кольцо спиральная пружина растяжения, причем витки пружины наклонены в направлении вращения вала, а шаг витков пружины выполнен больше размера поперечного сечения проволоки пружины.

СП

с

х|

О

со

VI XI XI

На фиг. 1 показано уплотнение; на фиг. 2 - разрез А-А.

Уплотнение включает корпус 1 с цилиндрическим отверстием 2, в котором установлен вал 3 с кольцевыми канавками 4, например, трапециевидными в поперечном сечении, образующими с отверстием 2 зоны 5 сужения и зоны б расширения потока. В канавках 4 размещены с радиальным натягом - в одной, в нескольких или во всех канавках - свернутые в кольцо спиральные пружины растяжения 7. Пружины 7 навиты и установлены в канавках 4 таким образом, что витки пружин 7 наклонены в направлении вращения вала 3, а шаг витков пружин 7 превышает размер поперечного сечения 8 образующей пружины 7 проволоки, что гарантирует наличие зазоров между витками проволоки.

Уплотнение работает следующим образом. Известно, что основной работы лабиринтных уплотнений является наличие в тракте вихрей, образующихся при обтекании профиля уплотнения со срывом струй. Чем больше энергия этих вихрей, т.е. чем больше турбулизация потока, тем больше эффективность уплотнения. Пружина 7 вследствие радиального натяга по поверхностям канавки 4 и наличия сил трения вращается вместе с валом 3. При этом пружины 7, имеющие наклон витков в сторону вращения вала, а также шаг витков, превышающий размер сечения 8 проволоки (этим обеспечиваются зазоры между витками проволоки), действуют в качестве своеобразных лопаточных вращающихся колес, выталкивающих рабочую среду из пространства между корпусом 1 и валом 3, что сопровождается интенсивной турбулиза- цией потока и повышает гидравлическое сопротивление тракта прохода среды. При взаимодействии пружин 7 с рабочей средой, а также вследствие инерционных сил, определяемых массой пружины 7, при недостаточной радиальной силе от натяга пружины 7 в канавке 4 возможно

проскальзывание вращающегося вала 3 относительно пружины 7. Это обстоятельство может быть устранено расчетом необходимого натяга пружин 7, который может быть

найден также опытным путем. Возможна ситуация, когда центробежные силы, действующие на вращающуюся пружину 7, превысят силы сцепления с канавкой 4 вала 3, и контакт пружины 7 с канавкой 4 нарушится. Вследствие этого скорость вращения пружины 7 уменьшится и она вновь будет контактировать с канавкой 4, этот процесс может повторяться. Хотя перемещения пружин 7 в радиальном направлении также

способствуют турбулизации потока и являются положительным фактором, путем опытной проверки натяг пружин 7 может быть оптимизирован для стабилизации положения пружин 7 в канавках 4 при заданном режиме работы машины.

Таким образом, предложенное лабиринтное уплотнение просто по конструкции, технологично в сборке, может быть изготовлено известными в машиностроении приемами и даст технический эффект, заключающийся в повышении эффективности герметизации.

Формула изобретения Лабиринтное уплотнение, содержащее

установленный в цилиндрическом отверстии корпуса вращающийся вал с выполненными на нем кольцевыми канавками, образующими с корпусом чередующиеся зоны сужения и расширения потока, от л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности герметизации путем принудительной турбулизации потока рабочей среды и увеличения гидравлического сопротивления тракта прохода среды, по меньшей мере в

одной кольцевой канавке установлена с натягом по поверхностям канавки свернутая в кольцо спиральная пружина растяжения, причем витки пружины наклонены в направлении вращения вала, а шаг витков пружины

выполнен больше размера поперечного сечения проволоки пружины.

6 7

6 2

Применение: в бесконтактных уплотнениях лабиринтного типа для вращающихся валов. Сущность изобретения: обеспечение принудительной турбулизации потока рабочей среды и увеличение гидравлического сопротивления тракта прохода среды. 2 ил.

А-А