Торцовое контактное уплотнение Советский патент 1980 года по МПК F16J15/34 

(54) ТОРЦОВОЕ КОНТАКТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ

Изобретение относится к уплотнениям между подвижными относительно одна другой поверхностями со скользящим кольцом, прижимаемым к поверхности, перпендикулярной его продольной оси. Известны торцовые уплотнения, содержащие контактируюагие по торцам вращающееся и неподвижное кольца, причем на рабочей поверхнос ти металлического кольца выполнегш маслоемки камеры в виде пологих, дискретных и овальных лунок, в некоторых вариантах сообщающиеся с кольцевыми канавками. Такое выполнение уплотнения, обеспечивая постоянное присутствие смазки на трущихся Поверхностях, повышает их износостойкость 1 . Однако уплотнеьше не всегда обеспечивает достаточную гидроплотность, поскольку маслоемкие камеры, как правило, не ориентированы относительно направлеьшя скорости скольжешш и направления утечек . Наиболее близким к предложенному в конструктивном отнощении является торцовое уплот нение, содержащее расположенное на валу с возможностью их совместного вращегшя металличес кое уплотш1тельное кольцо с нанесенным на его рабочем торце регулярным микрорельефом в виде пологих, дискретных и продолговатых лунок, неподвижно залсрепленное относительно корпуса неметаллическое уплотнительное кольцо, и упругий элемент, обеспечивающий и.х постоянный контакт по торцам 2. Недостатком является невысокая гидроплот1юсть, поскольку лунки произвольно ориентированы относительно направле1шя скорости скольжет1я и направления утечек, причем количество зтих камер не оптимизировано. Цель изобретения - повыше1ше гидрогшотности уплотнения. Цель достигается тем, что продольная ось лупок ориентирована под острым углом к направлению скорости скольже1шя и направлению утечек, а их общая площадь составляет 35-45% от номинальной площади контакта уплотнительных колец. iia фиг. 1 представлена схема предложенного торцового у шотнения; на фиг. 2 - торец металлического кольца с нанесенным на нем регулярным микрорельефом, вид А на

3754

фиг. 1; на фиг. 3 - лунки в увеличенном масштабе.

Торцовое контактное утотнение содержит установленные на валу с возможностью их совместного вращения металлическое уплотнительное кольцо 1 и взаимодействующее с ним по торцу неметаллическое уплотнительное кольцо 2, в частности из графита Нигран В, которое неподвижно закреплено относительно корпуса. Эластичные манжеты 3 герметизируют уплотнительные кольца относительно вала и корпуса, а упругие элементы 4 обеспечивают их постоянное поджатие друг к другу,

На рабочем торце металлического уплотнительного кольца вибрационным обкатыванием шаром или алмазным наконечником создан регулярный микрорельеф в виде пологих, дискретных и продолговатых лунок (фиг. 2 и 3) являющихся маслоемкими камерами, причем продольная ось лунок расположена между векторами скорости V и утечек q, т. е. расположена к ним под острым углом о. Глубина лунок находатся в пределах 0,8-1,5 мкм, плотность их порядка (1-2,5) -10 шт/см, а за1шмаемая ими о носительная площадь (в процентах к номинальной площади контакта) 35-45%. Параметры лунок обеспечиваются варьированием режимов вибрационного обкатывания.

Направление утечек определяется разностью давлений снаружи и внутри уплотняемой

полости и цeнгpoбeж ыми силами.

При относительном движении уплотнительных колец 1 и 2 маслоемкие камеры обеспечивают непрерывную подачу смазки в зону трения, предотвращая разрыв масляной плешей. Между уплотнительными поверхностями образуется множество гидpoдинa шчecкиx микроклиньев и режим трения, таким образом, приближается к гидродинамическому, чем и обеспечивается высокая износостойкость угшотнения.

Повышегше гидрошю11юс-га уплотнения достигается не только дискрегностгю лунок, что уменшает канал сквозных утечек, ЕЮ и ориентирует их под острым углом к направлению скорости скольжения, чем обусловливпется обратный насосный эффект за счет дер сгвия сил вязкого трения, что резко снижает величи1 у утечек.

Таким образом, между давлением уплотняемой среды, контактным давлением уплотнителных колец и гидродинамическим давлением в зоне трения устанавливается динамическое равновесие.

Оп-шмальное соотношение маслоемкости лунок и } опорнОй площадью найдено экспериментально и обеспечивается при относительной площади лунок, равной 35-45% от номинальной площади

контакта.

Значение угла а в общем случае зависит от глубины и формы лунок, осевого зазора между уплотняемыми поверхностями, вязкости смазки, числа Рейнольдса и т. д. и обычно находится в пределах до 10°. С его увеличением возрастают гидравлические вихревые потери в лунках и, следовательно, мощность, потребляемая торцовым зшлотнением. Особенно значительны эти потери при а 45°.

Технико-экономическая эффективность предложения состоит в том, что при резком сниже«кк утечек обеспечивается высокая износостойкость уплотнения, т.е. его долговечность, а также снижение потребляемой им мощности и тепловыделения в зоне трения.

Формула изобретения

Торцовое контактное уплотнение, содержащее расположенное на валу с возможностью их совместного вращения металлическое уплотнительное кольцо с нанесенным на его рабочем торце регулярным микрорельефом в виде пологих, дискретных и продолговатых лунок, неподвижно закрепленное ол1осительно корпуса неметаллическое уплотнительное кольцо, и упругие элементы, обеспечивающие их постоянный контакт по торцам, отличающееся тем, что, с целью повышения его гидроплотности, продольная ось лунок ориентирована под острь1м углом к направлению скорости скольжения и направлению утечек, а их общая площадь составляет 35-45% от номинальной площади контакта уплотнитеяьных колец.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 278325, кл. F 16 J 15/52, 1968 (прототип).