Торцовое уплотнение Советский патент 1981 года по МПК F16J15/34 

(54) ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ

1

Изобретение относится к уплотнительной технике.

Известны конструкции уплотнений, содержащие между торцами вращающегося и неподвижного уплотнительных элементов незакрепленное от проворота плавающее кольцо с целью снижения относительной скорости скольжения за счет образования дополнительной торцовой пары трения 1.

Однако ожидаемое снижение частоты вращения в таких конструкциях реализуется кратковременно только при высокой температуре в одной из пар трения, что приводит к значительным тепловым деформациям и утечкам. Такие конструкции не позволяют перераспределять относительные скорости скольжения между парами трения в любых соотнощениях, следствием чего являются неэкономичное перераспределение частот вращения затруднения при выборе пар трения и повышенный износ пар трения.

Цель изобретения - повышение надежности и долговечности уплотнения за счет снижения скоростей скольжения в парах трения.

Поставленная цель достигается тем, что на поверхности плавающего кольца на участке расположения центрирующих выступов выполнены винтовые каналы, которые одними своими выходньши участками сообщены с радиальными каналами, выполненными в теле плавающего кольца или основного вращающегося элемента, а другими - с плоскостью перед уплотнением.

Причем радиальные каналы выполнены в теле плавающего кольца.

А также тем, что радиальные каналы

10 выполнены в основном вращающемся элете, при этом центрирующие выступы образованы на основном вращающемся элементе.

Осевые и радиальные каналы образуют 15..вдоль периметра плавающего кольца замкнутые контуры циркуляции уплотняемой среды, благодаря которым улучшается теплоотвод, центровка плавающего кольца в центровочной щели, устраняется неравномерность износа. Вследствие возникающих

20 гидростатических и гидродинамических сил плавающее кольцо находится под действием осевых сил и крутящего момента, которые оказывают влияние на характер и величину

коэффициентов трения плавающего кольца по сопряженным с ним поверхностям и поэтому оказывают влияние на частоту его вращательного проскальзывания относительно этих поверхностей.

Выполнение осевых каналов винтовыми с определенным углом и направлением их нарезки позволяет более эффективно устранить вредное влияние неравенства коэффициентов трения сцепления, а также обеспечивает автоматическое регулирование требуемых коэффициентов трения скольжения в парах трения, а следовательно, регулирование требуемойчастоты вращательного проскальзывания плавающего кольца.

Это обеспечивается, во-первых, тем, что винтовые каналы при враилении способны нагнетать уплотняемую среду, развивают напор, оказывают сопротивление вращению, а поэтому влияют как на величину действующего на плавающее кольцо результирующего крутящего момента, так и на величину результирующей разжимающей тот или другой его торцовый стык осевой силы.

Во-вторых, при вращении под действием центробежной циркуляции уплотняемой среды за счет радиальных каналов возникает дополнительный, вращающий плавающее кольцо, крутящий момент и дополнительная, действующая на это кольцо, осевая сила, направление действия и величина которых определяются направлением и величиной угла винтовой нарезки.

В-третьих, величина и направление результирующего крутящего момента и осевой силы, действующих на плавающее кольцо, определяется величиной давления за центровочной щелью, зависящей от нагнетательных свойств BHHtOBbix и радиальных каналов.

На фиг. 1 показано уплотнение с центрирующим плавающим кольцом с выступом в основном элементе; на фиг. 2 - то же, с центрирующим выступом в плавающем кольце; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2.

Уплотнение состоит из закрепленного на валу 1 вращающегося основного элемента 2, закрепленного в корпусе 3 неподвижного элемента 4, и плавающего промежуточного кольца 5 между ними. Кольцо 5 с элементом 2 образует первую торцовую пару 6, а с элементом 4 образуют вторую торцовую пару 7. Кольцо 5 центруется в выступе 8 элемента 2 по цилиндрической центровочной щели 9 (на фиг. 2 выступ 8 выполнен в кольце 5). В выступе 8 выполнен ряд радиальных каналов 10. На образующей щель 9 поверхности кольца 5 выполнены открытые в щель 9 осевые (винтовые) каналы 11, которые соединены с радиальными каналами 10 кольцевой полостью 12 и полостью 13 перед уплотнением. Вследствие выбранных материалов коэффициенты трения сцепления и скольжения неодинаковы в парах

трения. Поэтому направление винтовой нарезки выбирается таким, чтобы направление дополнительного крутящего момента, действующего на кольцо 5, вследствие циркуляции уплотняемой среды за счет центробежного эффекта вращающихся радиальных каналов 10 совпадало с направлением крутящего момента основного элемента 2.

Если коэффициент трения сцепления пл вающего кольца 5 в первой паре 6 больше,

чем коэффициент трения сцепления во второй паре 7, то для обеспечения проскальзывания кольца 5 в первой паре 6 напор и расход за счет винтовых каналов выбирается большим расхода и напора радиальных каналов 10, так что давление в полости 12

больше уплотняемого.. Тогда крутящий момент от винтовых каналов 11, тормозящий плавающее кольцо 5, и осевая сила от этих каналов, расклинивающая торцовые поверхности первой пары 6, будут максимальными, вследствие чего коэффициент трения в ней будет меньше коэффициента трения сцепления. Поэтому при наличии указанного тормозящего крутящего момента осуществляется эффективное проскальзывание кольS ца 5.

Если коэффициент трения сцепления плавающего кольца 5 в первой паре б меньше коэффициента трения сцепления во второй паре 7, вследствие чего кольцо 5 могло остаться неподвижным, то требуемое его проQ скальзывание в первой паре б обеспечивается тем, что напор и расход за счет винтовых каналов 11 выбирается равным или меньшим расхода и напора за счет радиальных каналов 10, так что давление в полости 12 меньше давления в полости 13 перед употреблением. При этом крутящий момент за счет центробежной циркуляции, увлекающий кольцо в направлении основного вращения, и осевая сила от этой циркуляции, прижимающая сопряженные торцовые поверхности первой пары, являются значительно большими, чем соответствующие противоположно направленные тормозящий вращение кольца крутящий момент и расклинивающая эту пару трения осевая сила. Поэтому при наличии вращения основного элемента плавающему кольцу сообщается значительно большее сцепление, благодаря чему обеспечивается требуемое врашательное проскальзывание кольца, требуемые коэффициенты трения скольжения.

Автоматическое регулирование коэффициентов трения скольжения в парах трения, а следовательно, частоты лроскальзывания кольца 5, осуществляется следующим образом.

Например, при увеличении коэффициента

5 трения скольжения в первой паре, а следовательно, при увеличении частоты проскальзывания кольца, увеличивается степень его торможения за счет увеличения тормозящего крутящего момента. При этом также уве