SU892070A1 - Торцовое уплотнение вращающегос вала - Google Patents

Description

(54) ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ

ВАЛА

1

Изобретение относитс  к уплотнительной технике и предназначено дл  предотвращени  утечки между вращающимс  валом и корпусом значительного количества жидкостей или газов, наход щихс  под давлением, и может найти применение в насосах, компрессорах , турбинах и т. п.

Известны торцовые уплотнени  вала, называемые обычно гидродинамическими, в которых на рабочих поверхност х в уплотн ющем подвижном контакте (УПК) выполнены гидродинамические клинь , которые, облада  повышенной несущей способностью при вращении, обуславливают наличие гарантированной жидкостной или газовой смазывающей пленки в УПК. Наличие гарантированной смазывающей пленки в УПК исключает или значительно уменьшает износ рабочих поверхностей, что способствует повышению надежности и долговечности уплотнени  1.

Недостатком указанного технического решени   вл етс  то, что клиновидные поверхности в УПК предлагаетс  получить заранее механической обработкой. Однако дл  эффективной работы гидродинамического клина превышение входной кромки над выходной должно быть в пределах 5-20 мк. Если превышение выходит за указанные пределы , подъемна  сила в гидродинамическом клине резко падает, что приводит к физическому контакту трущихс  поверхностей и выходу уплотнени  из стро . Выполнение

обработкой многоклиновой поверхности с высотой каждого клина 5-20 мк  вл етс  весьма сложной технической задачей и на оборудовании общепромыщленного применени  в большинстве случаев невыполнимой,

fQ ratf как номинальна  величина обработки лежит в пределах допусков, с которыми работает оборудование. Кроме того, при индивидуальной обработке каждого клина получитс  больщой разброс высоты клиньев, что не позволит получать уплотнени  с иден15 тичными стабильными характеристиками

Claims (2)

1. Известно также техническое решение дл  получени  тангенциально-клиновидной поверхности в УПК торцового уплотнени , использующее термическое расширение антифрикционных колец. Дл  создани  танген циально-клиновидной поверхности в УПК используютс  радиальные отверсти , выполненные во вращающемс  антифрикционном кольце близко к поверхности трени . При вращении через радиальные отверсти  антифрикционного кольца, благодар  насосному эффекту, начинает циркулировать уплотн ема  жидкость, вследствие чего участки антифрикционного кольца, наход щиес  между рабочей поверхностью и отверсти ми, охлаждаютс  сильнее, чем прилегающие к ним. Вследствие термической деформации, это вызывает на рабочей поверхности по вление впадин, расположенных против радиальных отверстий. Указанные впадины образуют несущую многоклиновую гидродинамическую поверхность в УПК 2. Однако достаточный дл  образовани  термических клиньев нагрев антифрикционных элементов возможен при условии, что уплотн ема  среда обладает низкой теплопроводностью и теплоемкостью, например минеральное масло, газообразные вещества. Если же уплотн емые среды обладают высокой теплопроводностью и теплоемкостью, а также криогенные, то образование гидродинамических клиньев может не произойти вследствие недостаточного нагрева антифриК ционных элементов. Кроме того, температура антифрикционных колец зависит от больщого числа факторов, некоторые из которых могут мен тьс  во врем  работы, например коэффициента трени  материалов антифрикционных колец, температуры уплотн емой жидкости , расхода охлаждающей жидкости через холодильники и т. д., т. е. температура антифрикционных колец нестабильна. Поскольку высота гидродинамических клиньев  вл етс  функцией от температуры антифрикционных колец, то следовательно, рабочие характеристики уплотнений с термическими гидродинамическими клинь ми в УПК будут также недостаточно стабильными, особенно при высоком давлении. Цель изобретени  - стабилизаци  рабочих характеристик уплотнени  в услови х переменных температур и высоких давлений. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в торцовом уплотнении вращающегос  вала, содержащем неподвижный и вращающийс  уплотнительные элементы, по крайней мере, один из которых состоит из антифрикционного и опорного колец, сжатых между собой по торцам гидравлическим давлением уплотн емой среды, причем стык между взаимодействующими торцами упом нутых колец уплотнен, на торцах антифрикционного и опорного колец выполнены контактные площадки , образующие тангенциально-прерывистые поверхности. На фиг. 1 показано уплотнение, осевой разрез; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1; на фиг. 4 - схема действи  осевых гидравлических сил Р, сжимающих опорное и антифрикционные кольца; на фиг. 5 - в увеличенном масщтабе деформаци  антифрикционного кольца под действием сил Р; на фиг. 6 - один из вариантов выполнени  уплотнени . Через корпус 1, в котором в полости В находитс  уплотн ема  среда под давлением Р, проходит вращающийс  вал 2. На валу установлен вращающийс  уплотнительный элемент 3. Невращающийс  уплотнительный элемент, состо щий из антифрикционного 4 и опорного 5 колец, выполнен аксиально подвижным и соединен с корпусом 1 через вторичное уплотнение 6, установленное во втулке 7. Предварительное сжатие подвижного уплотн ющего стыка осуществл етс  цружинами 8. Стык между взаимодействующими торцами колец 4 и 5 уплотнен вспомогательным уплотнением 9 (фиг. 1), в другом варианте выполнени  (фиг. 6) в качестве вторичных уплотнений имеютс  кольца 10. Кольца 4 и 5 контактируют между собой по тангенциально-прерывистым площадкам 11. Площадки 11 образованы выполнением ребер на торце кольца 5. Однако подобные ребра могут быть выполнены и на торце кольца 4. Площадки 11 могут быть получены различными способами: механической обработкой, гальваническим осаждением, химическим травлением, соединением колец 4 и 5 через промежуточные детали и т. д. При работе антифрикционное и опорное кольца 4 и 5 сжаты между собой давлением Р уплотн емой среды (фиг. 4). Благодар  тому, что стык между взаимодействующими торцами колец 4 и 5 уплотнен, противодавление уплотн емой среды на указанных торцах отсутствует и усилие сжати  может достигать значительных величин. Так как антифрикционное 4 и опорное 5 кольца контактируют между собой только по тангенциально-прерывистым площадкам 11 под действием давлени  Р деформируютс  (см. фиг. 5) и в целом поверхность антифрикционного кольца, образующа  УПЛОТНЯЮЩИЙ подвижный (контакт, принимает волнообразный характер с образованием полостей 12 между поверхност ми колец 3 и 4. Участки поверхности кольца 4, охватывающие полости 12, образуют гидродинамические клинь . Поскольку контактирующие торцы колец 4 и 5 при обработке имеют форму и могут быть обработаны с высокой степенью точности , например притиркой, то высота h всех гидродинамических клиньев на рабочей поверхности кольца 5 будет одинакова. Величина h зависит при одном и том же давлении уплотн емой среды от размеров поперечного сечени  кольца 5, модул  упругости его материала и рассто ни  между площадками 11, которые могут быть выполнены с необходимой степенью точности, одинаковыми дл  любого количества уплотнений с идентичными характеристиками. Работает уплотнение следующим образом. При подаче давлени  в уплотнение рабоча  поверхность кольца 5 принимает волнообразный характер с образованием гидродинамических клиньев, раздел ет поверхности колец 4 и 5 с образованием гарантированного зазора между ними. Наличие гарантированного зазора в уплотн ющем подвижном контакте обеспечивает жидкостный режим трени , что обуславливает надежную и долговечную работу уплотнени . Поскольку геометрические размеры поперечного сечени  кольца 4, рассто ние между площадками 11 и модуль упругости материала кольца 5, от которых зависит величина h не завис т от параметров работы уплотнени , а давление уплотн емой среды, от которого также зависит величина h, в большинстве гидравлических машин с уплотнением вала также посто нно, то характеристики уплотнени  будут стабильными. Высота h гидродинамических клиньев должна лежать в пределах 5-20 мк. Поэтому при конкретном конструктивном воплощении данного технического решени  нет необходимости делать высоту S площадок 11 больше 30-40 мк. Площадки с указанной высотой могут быть выполнены путем химического травлени , электроэрозии или гальванопластики. При высоте площадок 30-40 мк можно (фиг. 1) устанавливать вспомогательное уплотнение 9 непосредственно на стыке торцов колец 4 и 5, поскольку давление уплотн емой среды в пределах 200 кг/см не может выдавить резиновое кольцо в зазор 30-40 мк. В другом варианте выполнени  (фиг. 6) уплотнительные кольца 10 расположены в обойме 13. Однако указанные технологические приемы выполнени  площадок 11 дл  некоторых производств могут оказатьс  сложными. В этом случае площадки 11 могут быть выполнены механическим способом, например фрезерованием , щлифованием и т. д. При этом высота (фиг. 2) будет составл ть несколько дес тых долей миллиметра и выше, поскольку выполнить механически размер 0,030 ,04 мм сложно, так как эта величина лежит в пределах допусков, с которыми работает механическое оборудование общепромышленного применени . В зазор (S), величина которого составл ет несколько дес тых долей миллиметра и выше,высокое давление уплотн емой среды уже в состо нии выдавить резиновое уплотнительное кольцо 9 (фиг. 1). Дл  того, чтобы избежать указанного выдавливани , можно использовать установку защитной обоймы, уплотненной относительно элементов 4 и 5 эластичными кольцами, установленными по кра м антифрикционного и опорного колец. Формула изобретени  Торцовое уплотнение вращающегос  вала , по крайней мере, один из уплотнительных элементов которого состоит из антифрикционного и опорного колец, сжатых между собой по торцам давлением уплотн емой среды, причем стык между взаимодействующими торцами упом нутых колец уплотнен, отличающеес  тем, что, с целью стабилизации рабочих характеристик уплотнени , на торцах антифрикционного и опорного колец выполнены контактные площадки , образующие таигенциально-прерывистые поверхности. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3408085, кл. 277-72, опублик. 1966.
2. 2.Патент США № 3147013, кл. 277-67, опублик. 1962.

   Вид А {развернуто)

   BuS Б

   Фиг. 2