Торцовое уплотнение вращающегося вала в аппаратах,работающих под давлением Советский патент 1979 года по МПК F16J15/34 

1

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть применено для уплотнения валов в оборудовании физико-химическихпроцессов, работающих под давлением.

Известны торцовые уплотнения, включающие комплекты рабощ1х Элементов, каждый из которых содержит углеграфитовое кольцо скольжения, металлическое кольцо и упругие уплотненные кольца 1.

Такое торцовое уплотнение не обеспечивает требуемой герметичности при работе аппарата под высоким давлением по следующим причинам: фиксированное положение углеграфитовых колец в обоймах от проворачивания не позволяет автоматически устранять перекосы, возникающие при износе колец скольжения комплекта рабочих элементов, пара трения при этом раскрьгаается, нарушается герметичность; упругае кольца круглого под действием высокого давления выдавливаются в зазоры и разрушаются; установка пружин, действующих непосредственно на комплект рабочих элементов, осложняет динамическую балансировку торцового уплотнения вала, вращающегося с высокими скоростями.

Наиболее близким по технической суищости к предложенному является уплотнение, включающее уплотнительное резиновое кольдо, закрепленное на валу, стальное кольцо, плотно прижатое Ь угол резинового кольца и бронзовое кольцо прямоугольного сечения, вставленное в соответствзгющий паз в крьшже корпуса вала и уплотненное .в данной крьшже уплотнительной Прокладкой 2.

Это уплотнение не обеспечит необходимой герметичности, при высоких давлениях, так как оно также не обладает способностью самоуплотняться при износе трущихся поверхностей. Рабочие элементы установлены жестко, при малейщем износе пара трения будет разгерметизирована, рабочая Среда из аппарата прорвется через уплоткительное устройство.

Целью изобретения является повышение надежности торцового )пплотнения и его долговечности в условиях Bbicoi Hx, параметров давления, температуры и абразивных сред путем повьпиения степени герметишости подвижных сопряжений рабочих элементов, обеспечения автоматического самоуплотнения элементов при их износе. Это достигается тем, что рабочие элементы комплекта не закреплены ни на валу, ни в ко пусе, а зажаты между соответственными торцовыми поверхностями вала и корпуса и имеют возможность 1автоматически самоустанавливаться. Для этого антифрикционное кольцо скольжения установлено на валу без зазора с возможностью осевого перемещения и вращени в контакте с торцовой поверхностью корпуса, упругое кольцо, имеющее цилиндрическ}то внут реннюю поверхность, посажено на вал с натя-1 том и контактирует своими торцовыми поверх ностями с торцовой поверхностью вала и торцовой поверхностью металлического кольца скольжения, а металлическое кольцо скольжения, установленное между упругим и антифрик ционным кольцами, посажено на вал с зазбром при этом зазор увеличивается в сторону антифрикционного , кольца. Упругое кольцо целесообразно выполнять снаружи конической формы, металлическое кольцо - с буртами на торцах, кольцевой канавкой на внутренней поверхноста и ребрами на внешней поверхности. На фиг. 1-7 показано предложенное уплотнение, различные варианть. Торцовое уплотнение вращающегося вала 1 в аппаратах, работающих под давлением, содержит рабочие элементы, размещенные между торцовыми поверхностями кольцевого уступа 2, Koiopbnwt-снабжен вал 1, и кольцевого уступа 3 корпуса 4, закл1()1енные в камеру, через которую циркулирует запирающая жидкость. Комплект рабочих элементов состоит из антифрикционного кольца 5 скольжения, уплотнитепьного упругого кольца 6 и расположенного между антифрикционным кольцом 5 скольжения и упругим кольцом 6 металлического кол т 7 с ВйЬкения. Антафрикционное кольцо 5, изготовленное из углеграфита, посажено иа вал 1 без зазора с возможностью свободного вращ ния и перемещения вдоль оси Bajia 1. Кольцо 5 прилегает к торцовой поверхности кольцевого уступа 3 корпуса 4 и Ьредназначенр для уплотнения подвижного сопряжения тйрдовых поверхностей кольцевого уступа 3 корпуса 4 и металлического кольца скольжения 7. Упругое кЬльцо 6, изготовленное из термически и химически стойкой резины, имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность и установлено на валу 1 с натягом. Целесообразно вьптолнять уп ругое кольцо 6 снаружи конической формы. (фиг. 2-7), при этом его устанавливают меньшей торцовой поверхностью в контакте с уступом 2 вала 1, а больигей торцовой поверхностью в контакте с тортдавой поверхностью меташгаческого кольца скольжения 7. Упругое кольцо 6 изготовленное из термически и химически стойкой резины, имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность и установлено на валу 1 с натягом. Целесообразно выполнять упругое кольцо 6 снаружи конической формы (фиг. 2-7), при этом его устанавливают меньшей торцовой поверздаостью в контакте с уступом 2 вала 1, а большей торцовой поверхностью в контакте с торцовой поверхностью металлического кольца скольжения 7. Упругое кольцо 6 предназначено для уплотнения на валу I металлического кольца скольжения 7 по его торцовой поверхности,а также для упругого уплотнения всего комплекта рабочих элементов по торцовым поверхностям кольцевых уступов 2 и 3 соответственно вала 1 и корпуса 4.Меташгачсское кольцо скольжения 7 имеющее в основном прямоугольное сечение (фиг. 1), надето на вал 1 с небольшим зазором, внутреннее отверстие металлического. кольца 7 вьшолнено с )шеличением диаметра в сторону антифрикционного кольца 5, например коническим, т.е. зазор между кольцом 7 и валом на стороне упругого кольца предусмотрен минимальным, а на стороне антифрикционного кольца - максимальным, что обеспечивает возможность гирационного движения кольца 7 и его автоматического самоустановления при износе рабочих поверхностей. Металлическое кольцо может быть снабжено буртами 8 на своих торцах (фиг. 3-7), обхватывающими смежные с ним антифрикционное и ;yitpyroe Ыльвд то обеспечивает его центрирование на валу 1. Металлическое кольцо 7 может бьггь снабжено расположенными по его внешнему диаметру ребрами иди лопастями 9, cпocoбcтвyюпщIvя циркуляции запирающей жидкости в камере уплотнения (см. фиг. 4, 7) и развивающими поверхность кольца для лучшего его охлаждения. Целесообразно предусмотреть на внутренней поверхности металлического, кольца скольжения 7 кольцевую канавку 10, открытую в сторону вала 1, куда могут собираться продукты износа рабочих элементов зошотнения, что предотвращает их попадание в торцовые сопряжения (см. фиг. 5, 6, 7). Варианты выполнения увеличивающегося в сторону антифрикционного кольца 5 зазора между валом и металлическим кольцом 7 показаны на фиг. 1, 5, 6, I. Работает )шлотнение следуюплим образом. В собранном. комплекте уплотнительное кольцо 6, сжатое в осевом направлении и плотно обхватьтающее вал, надежно затотняет торцовые поверхности уступа 2 вала 1 и металлического кольца 7. Коническая форма упругого кольца позноляет металлическому Кольцу 7 самиустанавливаться .по торцовым поверхностям, такая форма хорошо заполняет пространство между валом I и металлическим кольцом, сохраняет свою геометрическую форму под высоким давлением не вдавливается в эазор между валом 1 и металлическим кольцом, устраня ет осевую вибрацию, упруго уплотняет весь .комплект. Металлическое кольцо 7, вращающееся с валом 1, имеет возможность совершать гирационное движение и самоустанавливаться по мере износа трущихся поверхностей, обеспечивая герметичность по трущимся поверхнрЬтям. Антифрикционное кольцо скольжения 5 вращается на валу между торцовылш пЪверхностямн корпуса уплотнения и металлического кольца 7 со скоростью, составляющей примерно половину скорости вращения вала, что уменьшает износ уплотнительных НоверхНостей. Будучи незакрепленным, кольцо 5 имеет так-, же возможность самоустановки по.мере износа. Комплект рабочих элементов охлаждается циркулирующей жидкостью, движению которой способствуют ребра 9, предусмотренные на металлическом кольце 7. Формула изобретения 1. .Торцовое уплотнение вращающегося вала в аппаратах, работающих под давлением, включающее пару трения из металлического н антифрикционного колец и упругий элемент, устано ленные между торцовыми поверхностями на кольцевых вьйлупах вала и корпуса аппарата, отличающееся тем, что, с целью, повышения надежности и долговечности в условиях высокого давления, температуры и абразивной среды, антифрикционное кольцо установлено из валу без зазора с возможностью осевого перемещения и враЩёШйТГ кОНтактё с торцовой поверхностью корпуса, упругий элемент выполнен в виде эластичного кольца, помещенного с натягом на валу между металлическим кольцом и торцовой поверхностью выступа вала, а металлическое кольцо установлено на валу с зазором, увеличенным на стороне антифрикционного кольца. 2.Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что внутреннее отверстие металлического кольца вьшолиеио коническим 3.Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что эласпгшое кольцо выполнетго с конической внептей поверхностью, при зтом ббяв щий торец кольца примыкает к металлическому кольцу. 4.Уплотнение по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что металлическое кольца выполнено с бурталт, обхватьшающими смежные кольца. 5.Уплотнение по пп.Г-4, отличающееся тем, что на. в нутренней поверхности. металлического кольца выполнена кольцевая канавка, открытая в сторону вала. 6.УплотненгЙ по пп. 1-5, отличающееся тем, что наружная поверхность металличес ого кольца выполнена с ребрами. 7.Уплотнение по пп. 1-6, отличающееся тем, что вал на участке прилегания металлического кольца вьтолнен ступеичать1м. Источники информации, принятые во виимаиие при эксп тияе 1.Голубев А. И. Сов семенные уплотнения врадающихся ваЯЬв, М., 1963, с. 10-11. 2.Патент ФРГ № 1775083, кл. 47 f, 22/80, 1958. Фиг-.З (4 г. 4