EA009748B1 - Изоляционное уплотнение - Google Patents

Abstract

В изобретении предлагается изоляционное уплотнение, которое содержит статорный элемент (17), предназначенный для установки в статоре вращающегося оборудования, и роторный элемент (14), предназначенный для установки на вращающемся валу вращающегося оборудования. Эти два элемента образуют соответственно смежные поверхности (82/83), причем статическое запорное устройство (81) входит в зацепление с обеими смежными поверхностями, когда роторный элемент является статическим, и выходит из зацепления с одной или несколькими из указанных поверхностей, когда роторный элемент является динамическим. В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, по меньшей мере одна из указанных поверхностей имеет наклон к продольной оси под углом больше или меньше чем 90°. В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, статическое запорное устройство содержит упругий кольцевой уплотнительный элемент (354) и вспомогательный элемент (357), выполненный с возможностью перемещения между первым положением, когда роторный элемент является статическим, в котором указанный вспомогательный элемент сжимает указанный упругий кольцевой элемент и вводит его в зацепление с обеими указанными поверхностями, и вторым положением, в котором сжатие указанного упругого элемента уменьшается, в результате чего упругий кольцевой элемент выходит из зацепления с одной или несколькими указанными поверхностями ротора и статора, когда ротор является динамическим.

Description

Настоящее изобретение в общем имеет отношение к созданию изоляционных уплотнений и к их использованию во вращающемся оборудовании, а в особенности, к созданию устройств, которые предотвращают вход флюида или твердых частиц в полость или же выход флюида или твердых частиц из полости, что приводит к снижению срока службы оборудования. Такие устройства часто называют устройствами защиты подшипника, уплотнениями подшипника или устройствами изоляции подшипника. Однако следует иметь в виду, что использование таких вращающихся уплотнений простирается далеко за границы защиты подшипника во вращающемся оборудовании. Таким образом, несмотря на то, что далее описание проведено со ссылкой на устройства защиты подшипника, следует иметь в виду, что уплотнения в соответствии с настоящим изобретением имеют более широкую область использования.

Предпосылки к созданию изобретения

Задачей устройства защиты подшипника является предотвращение поступления флюида, твердых частиц и/или отходов в камеру подшипника. В равной степени устройства защиты подшипника используют для предотвращения выхода флюида или твердых частиц из камеры подшипника. Задачей указанных устройств является главным образом предотвращение преждевременного разрушения подшипника.

Устройства защиты подшипника обычно относятся к двум следующим категориям: отражательные или лабиринтные устройства защиты подшипника; и устройства защиты подшипника с механическим уплотнением. В качестве примера устройства защиты подшипника с механическим уплотнением можно привести устройство защиты подшипника с существенным контактом, описанное в публикации \νϋ-Λ2004005770 на имя авторов настоящего изобретения.

Лабиринтное устройство защиты подшипника обычно содержит компонент, который выполнен с возможностью вращения относительно вала и закреплен в осевом направлении (аксиально) относительно вала. Валом, например может быть вал насоса или другой единицы вращающегося оборудования. Устройство защиты содержит статический компонент, который также закреплен в осевом направлении и соединен встык со стационарной частью оборудования или закреплен в нем.

Вращающийся компонент обычно имеет сложный наружный профиль, который расположен в непосредственной радиальной и осевой близости от сложного внутреннего профиля стационарного компонента. Эти сложные профили совместно, в теории, создают извилистый путь, предотвращающий прохождение нежелательных материалов или флюидов.

Лабиринтное устройство защиты подшипника обычно работает только во время функционирования (в ходе работы) оборудования. Это вызвано тем, что такая конструкция основана на встречном вращении вращающегося и стационарного компонентов, в результате чего создаются центробежные силы, которые препятствуют прохождению флюида радиально между такими компонентами.

Когда оборудование является статическим, сложная конструкция лабиринта не позволяет удерживать уровень флюида, который, в горизонтальном применении, имеет более высокий радиальный уровень, чем положение входа устройства защиты.

Более того, во многих промышленных применениях, брызги воды, пар и посторонние загрязняющие вещества поступают в устройство защиты подшипника, когда оборудование является статическим. Традиционные лабиринтные конструкции не позволяют предотвращать поступление таких загрязняющих веществ в камеру подшипника.

Кроме того, вентиляция камеры подшипника представляет собой дополнительную производственную проблему. Во время работы смазочная жидкость и воздух в камере подшипника расширяются по мере их нагревания. При традиционном построении лабиринтного уплотнения, это расширение приводит к движению воздуха через лабиринт и к его выбросу из камеры подшипника. После остановки оборудования камера подшипника охлаждается и находящийся внутри нее воздух сжимается, что приводит к всасыванию влажного воздуха через лабиринт назад в камеру подшипника. Описанный процесс называют вентиляцией камеры.

Устройство защиты подшипника с механическим уплотнением позволяет преодолеть статические ограничения лабиринтной конструкции. Однако такие устройства имеют другие проблемы, такие как чрезмерное тепловыделение при высоких скоростях вала или когда имеется плохая смазка у поверхностей уплотнения. Поэтому использование устройств защиты подшипника с механическим уплотнением является ограниченным.

Имеется необходимость в создании бесконтактных уплотняющих устройств зашиты подшипника, которые позволяют осуществлять уплотнение флюидов, когда оборудование является стационарным, и/или позволяют исключать и/или уменьшать объем порожденных воздухом молекул, поступающих в камеру подшипника во время вентиляции камеры.

Было бы также желательно, чтобы бесконтактное уплотнение лабиринтного типа могло выталкивать (выбрасывать) флюид вне зависимости от направления вращения вала. Это снижает вероятность ошибки монтажа.

Было бы также желательно, чтобы бесконтактное уплотнение лабиринтного типа содержало два сдерживающих устройства, одно для сдерживания выхода флюида из камеры подшипника, а другое для сдерживания входа флюида в камеру подшипника. Более того, для всех типов устройств защиты под

- 1 009748 шипника важно обеспечить легкость монтажа. Предпочтительным является бесконтактное уплотнение лабиринтного типа, которое является весьма компактным в осевом направлении, что позволяет вводить его в пространство, которое ранее занимали манжетные уплотнения, в виде одного патрона (вставки, кассеты) без установочных скоб.

В патенте США И8-Л-5378000 описана конструкция патрона, имеющего конфигурацию в виде лабиринта, в котором ротор и статор совместно блокированы по оси при помощи твердого деформируемого кольцевого уплотнения или эластомера. Эластомер зажат между двумя вращающимися в противоположных направлениях полостями прямоугольной формы, как это показано на фиг. 3 и 4 указанного патента. Эластомер подвергается воздействию сил сопротивления трению, меньше со стороны статора и больше со стороны ротора. Эластомер подвергается поэтому фрикционному износу между двумя вращающимися в противоположных направлениях телами.

Этот фрикционный износ усиливается за счет того, что имеется острый угол между поверхностями 23 и 22Ь ротора 14 и угол 90° трех остальных уголков канавок 21 и 22, которые входят в контакт с эластомером (20). В указанном патенте полагаются на относительно не скошенные поверхности этих четырех точек, находящихся в контакте с эластомером, чтобы поддерживать малое осевое расстояние между ротором и статором. Все имеющиеся в продаже эластомеры имеют допуск на размер поперечного сечения, который обычно составляет +/-3% от их номинального диаметра. Величина определенного в указанном патенте фрикционного сопротивления является в высшей степени переменной (вариабельной), принимая во внимание допуски этого эластомера и тот факт, что канавки 21 и 22 также имеют производственные допуски на ширину.

Во время установки уплотнения в оборудование устройство смещают (вытягивают) по оси и толкают после его перемещения в окончательное рабочее положение. Это осевое смещение создает силы сопротивления трению со стороны вращающегося эластомера 15 и вала 10. Это осевое смещение прикладывает к эластомеру 20 срезающие усилия, так как этот эластомер является единственным элементом, блокирующим совместно ротор и статор в осевом направлении. Поэтому весьма вероятно, что фрикционная стойкость между эластомером и сторонами канавок 21 и 22 будет изменяться во время сборки.

Все эти факторы влияют на износ эластомера 20 и быстро его увеличивают, что приводит к снижению срока службы эластомерных уплотнений, предотвращающих поступление или выброс указанных здесь выше материалов.

Сущность изобретения

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается изоляционное уплотнение, которое содержит статорный элемент, предназначенный для установки в статоре вращающегося оборудования;

роторный элемент, предназначенный для установки на вращающемся валу указанного вращающегося оборудования;

причем указанный статорный элемент и указанный роторный элемент образуют соответствующие смежные поверхности;

статическое запорное устройство, содержащее упругий кольцевой ушютнительный элемент, который входит в зацепление с обеими смежными поверхностями, когда ротор является статическим, и выходит из зацепления с одной или несколькими поверхностями указанного ротора и статора, когда ротор является динамическим; и в котором по меньшей мере одна из указанных поверхностей имеет наклон к продольной оси под углом больше или меньше чем 90°.

Преимущественно наклон указанной по меньшей мере одной из указанных поверхностей к продольной оси составляет от 5 до 175°, предпочтительнее от 10 до 80° или от 100 до 120°, а еще лучше, от 30 до 60° или от 120 до 150°. В соответствии с особым вариантом настоящего изобретения наклон может составлять около 45°.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предлагается изоляционное уплотнение, которое содержит:

статорный элемент, предназначенный для установки в статоре вращающегося оборудования;

роторный элемент, предназначенный для установки на вращающемся валу вращающегося оборудования;

причем указанный статорный элемент и указанный роторный элемент образуют соответствующие смежные поверхности; и статическое запорное устройство, содержащее упругий кольцевой уплотнительный элемент и вспомогательный элемент, выполненное с возможностью перемещения между первым положением, когда роторный элемент является статическим, в котором указанный вспомогательный элемент сжимает указанный упругий кольцевой элемент и вводит его в зацепление с обеими указанными поверхностями, и вторым положением, в котором сжатие указанного упругого элемента уменьшается, в результате чего упругий кольцевой элемент выходит из зацепления с одной или несколькими указанными поверхностями ротора и статора, когда ротор является динамическим.

Преимущественно указанный упругий уплотнительный элемент является тороидальным.

- 2 009748

Преимущественно уплотнение дополнительно содержит лабиринтное уплотнение, образованное между указанным роторным элементом и указанным статорным элементом.

Преимущественно уплотнение дополнительно содержит по меньшей мере одно двунаправленное отталкивающее насосное устройство (вероятно, этим устройством является запорное устройство, которое сдерживает (исключает) как поступление посторонних материалов (в камеру подшипника), так и выход рабочих материалов (из камеры).

Преимущественно обе поверхности указанного роторного элемента и указанного статорного элемента имеют наклон к продольной оси под углом больше или меньше чем 90°.

Преимущественно роторный и статорный элементы разъединены в осевом направлении, но не могут совершать относительное осевое перемещение за счет по меньшей мере одного радиально выступающего элемента, образованного на одном из указанных роторном и статорном элементах.

Предпочтительнее, когда указанные роторный и статорный элементы не могут совершать осевое перемещение за счет двух или нескольких радиально выступающих элементов.

Преимущественно статорный элемент снабжен по меньшей мере одним отверстием связи, идущим между внутренней поверхностью статорного элемента и наружной поверхностью статорного элемента. Предпочтительнее, указанное отверстие связи является смежным с радиально выступающим элементом, предусмотренным на указанном роторном элементе. Преимущественно указанная внутренняя поверхность указанного статорного элемента является главным образом эксцентрической относительно роторного элемента и/или, при работе устройства, относительно вращающегося вала.

Преимущественно отверстие связи расположено, при работе устройства, в самой нижней радиальной точке на уплотнении.

Преимущественно статорный элемент снабжен идущей радиально внутрь канавкой на его самой наружной поверхности и главным образом эксцентрической самой внутренней поверхностью, причем указанная радиально идущая канавка идет до радиально самой наружной точки самой внутренней поверхности, создавая отверстие связи, соединяющее самую внутреннюю и самую наружную поверхности указанного статорного элемента.

Преимущественно указанные поверхности роторного элемента и статорного элемента совместно образуют ν-конфигурацию. Предпочтительнее упругий кольцевой элемент находится внутри указанной ν-конфигурации при радиальном положении, большем чем номинальное радиальное положение упругого кольцевого элемента в его свободном состоянии.

Преимущественно роторный элемент снабжен по меньшей мере двумя отталкивающими насосными устройствами, которые аксиально разделены.

Преимущественно каждый роторный и статорный элемент представляет собой одну монолитную деталь.

Преимущественно роторный и статорный элементы аксиально сдержаны (стеснены, не могут совершать осевое перемещение) друг относительно друга, за счет одного или нескольких радиально выступающих заплечиков, причем указанные заплечики выходят из роторного элемента или из статорного элемента или из комбинации указанных элементов.

В соответствии с предпочтительным вариантом, роторный элемент содержит два аксиально соединенных элемента, а статорный элемент представляет собой одну монолитную деталь. Первый роторный элемент может быть радиально установлен во втором роторном элементе, причем оба элемента могут быть соединены при помощи механического, химического или иного средства крепления, чтобы создать постоянное или не постоянное присоединение.

Уплотнение в соответствии с настоящим изобретением преимущественно содержит корпус статора, который имеет по меньшей мере один расположенный радиально снаружи элемент выбора местоположения, предназначенный для установки в камере оборудования. Указанный элемент выбора местоположения может быть расположен рядом с радиально идущей канавкой, которая содержит по меньшей мере один эластомерный элемент для уплотнения между корпусом и камерой. Корпус также преимущественно снабжен по меньшей мере одной радиально идущей наружной поверхностью, которая аксиально прилегает к указанной камере оборудования.

Преимущественно ротор содержит по меньшей мере одно отталкивающее насосное устройство, которое содержит по меньшей мере одну идущую радиально внутрь характеристику, расположенную на окружности указанного ротора.

Преимущественно ротор содержит по меньшей мере два отталкивающих насосных устройства, которые установлены с промежутком по оси.

Преимущественно отталкивающее насосное устройство содержит сплошную и главным образом концентрическую поверхность ротора, которая соответствует главным образом не концентрической поверхности статора.

Преимущественно отталкивающее насосное устройство содержит по меньшей мере одну идущую радиально внутрь характеристику, расположенную на окружности указанного ротора.

Преимущественно ротор содержит по меньшей мере одно отталкивающее насосное устройство, которое содержит по меньшей мере одну идущую радиально внутрь характеристику, расположенную на

- 3 009748 окружности указанного ротора, смежно с главным образом имеющей радиальный наклон внутренней поверхностью статора.

Преимущественно ротор содержит по меньшей мере два отталкивающих насосных устройства, которые смещены аксиально (установлены на оси с промежутком друг от друга). Каждое отталкивающее насосное устройство содержит по меньшей мере одну идущую радиально внутрь характеристику, расположенную на окружности указанного ротора, рядом с главным образом имеющей радиальный наклон внутренней поверхностью статора.

Преимущественно корпус статора содержит по меньшей мере одну внутреннюю характеристику, центральное положение которой смещено относительно центрального положения вала. Преимущественно, указанная эксцентрическая внутренняя деталь корпуса статора находится рядом по меньшей мере с одним отталкивающим насосным устройством в роторе.

Преимущественно корпус статора содержит по меньшей мере одну радиальную характеристику (отверстие) связи, которая обеспечивает связь самой внутренней поверхности корпуса с самой наружной поверхностью корпуса. Указанная радиальная характеристика связи, или дренажное отверстие, преимущественно находится рядом по меньшей мере с одним из отталкивающих насосных устройств.

Преимущественно корпус статора содержит два аксиально соединенных элемента, а ротор представляет собой одну монолитную деталь.

Преимущественно один статор радиально установлен во втором статоре, причем оба статора соединены при помощи механического, химического или любого другого средства крепления, чтобы создать как постоянное, так и не постоянное крепление.

Преимущественно радиально наружный статор содержит радиально выступающую деталь на его самой наружной поверхности. Указанная радиально выступающая деталь является смежной с радиальным местоположением двух роторных элементов.

Преимущественно ротор содержит по меньшей мере одну радиально выступающую деталь на его наружной поверхности, причем указанная деталь расположена в непосредственной близости от внутренней поверхности статора.

Варианты лабиринтных уплотнений в соответствии с настоящим изобретением могут быть таковы, что по меньшей мере один вращающийся элемент и/или один стационарный элемент могут быть механически соединены с деталями вращающегося оборудования.

Уплотнение в соответствии с настоящим изобретением может иметь корпус статора, имеющий по меньшей мере одно осевое сквозное отверстие или паз для ввода штыря или болта в деталь вращающегося оборудования, что позволяет прикреплять корпус механического уплотнения к вращающемуся оборудованию.

Преимущественно первый корпус статора радиально установлен во втором корпусе статора, причем указанный первый корпус статора косвенно аксиально (по оси) соединен с валом через ротор, при этом указанный второй корпус статора непосредственно соединен со стационарным корпусом оборудования. Указанный первый корпус статора выполнен с возможностью осевого скольжения относительно второго корпуса статора. Преимущественно, указанное осевое смещение ограничено механически, в результате чего поддерживается концепция патрона.

Преимущественно первый корпус статора радиально и аксиально установлен во втором корпусе статора, причем указанный первый корпус статора косвенно по углу (образуя угол) соединен с валом через ротор, при этом указанный второй корпус непосредственно соединен со стационарным корпусом оборудования. Указанный первый корпус статора выполнен с возможностью углового скольжения относительно второго корпуса статора. Преимущественно указанное угловое смещение ограничено механически, в результате чего поддерживается концепция патрона.

Варианты лабиринтных уплотнений в соответствии с настоящим изобретением могут быть таковы, что по меньшей мере один вращающийся элемент и/или один стационарный элемент разделены (расщеплены) по оси для прикрепления к оборудованию. Преимущественно указанные разделенные компоненты механически скрепляют вместе радиально после установки в оборудование. Кроме того, указанная разделенная конструкция преимущественно содержит по меньшей мере один радиально разделенный эластомер, который, после установки вокруг вала, объединяют при помощи постоянного средства.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также устройство защиты подшипника в виде бесконтактного уплотнения лабиринтного типа.

Дальнейшее изложение проведено со ссылкой на упругий уплотнительный элемент в виде эластомера или уплотнительного кольца круглого сечения, который образует статическое запорное устройство или его часть. Однако следует иметь в виду, что с успехом могут быть использованы любые эластомерные или твердые деформируемые материалы. В то время как уплотнительные элементы, показанные на сопроводительных чертежах, имеют круговое поперечное сечение, следует иметь в виду, что они могут иметь и другую конфигурацию, в том числе комбинацию плоских и/или кольцевых поверхностей.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана половина продольного сечения варианта устройства защиты подшипника с лабиринтным уплотнением в соответствии с настоящим изобретением, установленного на валу.

- 4 009748

На фиг. 2А показан разрез насосного отражателя (отталкивающего насосного устройства) по линии А-А фиг. 1.

На фиг. 2В показано с увеличением дренажное отверстие фиг. 2А.

На фиг. 2С показана альтернативная конструкция дренажного отверстия фиг. 2А.

На фиг. 2Ό показана еще одна конструкция дренажного отверстия.

На фиг. 2Е показан разрез насосного отражателя по линии В-В фиг. 1.

На фиг. 2Е показан вид сверху (С-С) устройства, показанного на фиг. 2Е.

На фиг. 3 показано с увеличением продольное сечение части устройства, показанного на фиг. 1.

На фиг. 4А показано перспективное изображение с пространственным разделением деталей устройства, показанного на фиг. 1.

На фиг. 4В показано с увеличением сечение части устройства, показанного на фиг. 1.

На фиг. 5 показано с увеличением продольное сечение части устройства, показанного на фиг. 3.

На фиг. 6 А показано с увеличением поперечное сечение части устройства, показанного на фиг. 3, где можно видеть запорный эластомер в его статическом состоянии.

На фиг. 6В показано с увеличением поперечное сечение части устройства, показанного на фиг. 3, где можно видеть запорный эластомер в его динамическом состоянии.

На фиг. 7 показано продольное сечение части устройства в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 8 показано продольное сечение части устройства в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 9А показано продольное сечение устройства в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 9В показано продольное сечение части устройства, показанного на фиг. 9А, где можно видеть соединение статора с окружающей средой.

На фиг. 10 показано продольное сечение устройства в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 11А показано продольное сечение устройства в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 11В показано продольное сечение устройства в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 12А показана изометрическая проекция устройства в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения, где можно видеть продольно разделенное (расщепленное) лабиринтное уплотнение.

На фиг. 12В показана с увеличением изометрическая проекция части устройства, показанного на фиг. 12А, где можно видеть торец в области разделения.

На фиг. 12С показано продольное сечение устройства, показанного на фиг. 12А, где можно видеть кольцевые стяжные ленты.

На фиг. 12Ό показано частично продольное сечение разделенного эластомера устройства, показанного на фиг. 12А.

На фиг. 12Е показано частично продольное сечение винта в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 12Е показано частично поперечное сечение детали в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения, где можно видеть винт в соответствии с настоящим изобретением, который не закреплен в разделенном по оси узле.

На фиг. 12С показано частично поперечное сечение детали, показанной на фиг. 12Е, где можно видеть винт в соответствии с настоящим изобретением, который закреплен в разделенном по оси узле.

На фиг. 13 показано уплотнение подшипника в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения, закрепленное на забортном конце уплотнения в виде патрона.

На фиг. 14 показано уплотнение подшипника в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения, закрепленное на вращающемся валу.

На фиг. 15 показано осевое компактное лабиринтное уплотнение в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения, которое содержит отталкивающее насосное устройство на стороне атмосферного вещества.

На фиг. 16 показано осевое компактное лабиринтное уплотнение в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения, которое содержит отталкивающее насосное устройство на стороне атмосферного вещества и запорное уплотнительное устройство.

На фиг. 17 показано осевое компактное лабиринтное уплотнение 290 в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения, которое содержит запорное уплотнительное устройство.

На фиг. 18 показано продольное сечение устройства защиты подшипника с лабиринтным уплотнением в соответствии с двенадцатым вариантом настоящего изобретения, установленного на валу.

На фиг. 19 показано с увеличением поперечное сечение части устройства, показанного на фиг. 18.

На фиг. 20А показано с увеличением поперечное сечение устройства в соответствии с еще одним

- 5 009748 вариантом настоящего изобретения, где можно видеть уплотнение в статическом состоянии.

На фиг. 20В показано с увеличением поперечное сечение устройства, показанного на фиг. 20 А, где можно видеть уплотнение в динамическом состоянии.

На фиг. 21А показано с увеличением поперечное сечение части устройства в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 21В показано с увеличением поперечное сечение части устройства в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 21С показано с увеличением поперечное сечение части устройства в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 21Ό показано с увеличением поперечное сечение части устройства в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 21Е показано с увеличением поперечное сечение части устройства в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 21Е показано с увеличением поперечное сечение части устройства в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 210 показано с увеличением поперечное сечение части устройства в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 22 показано поперечное сечение устройства в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения, где можно видеть конструкцию с двумя деталями, которые не могут совершать осевое перемещение, за счет радиально выступающего стопорного кольца.

На фиг. 23 показано с увеличением поперечное сечение части устройства, показанного на фиг. 22.

На фиг. 24 показано с увеличением поперечное сечение части устройства в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения.

На фиг. 25 показано с увеличением поперечное сечение части устройства в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения, которое демонстрирует легкость выемки устройства из оборудования при демонтаже.

Подробное описание изобретения

Далее настоящее изобретение будет описано в качестве примера со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Вообще говоря, вращающиеся уплотнения в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы не только в том случае, когда вал является вращающимся элементом, а корпус является стационарным элементом, но и в обратной ситуации, то есть когда вал является стационарным, а корпус является вращающимся.

Более того, настоящее изобретение может быть использовано как во вращающихся, так и в стационарных устройствах, в патронах и в уплотнениях компонентов, как с металлическими компонентами, так и с не металлическими компонентами.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 1, на которой показан узел 10 устройства защиты подшипника в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения, который может быть использован во вращающемся оборудовании 11. Оборудование 11 содержит вращающийся вал 12 и стационарный корпус 13. Стационарный корпус 13 может обычно иметь подшипник, который здесь не показан.

Область X у одного осевого конца узла 10 устройства защиты подшипника может частично содержать флюид и/или твердые частицы и/или посторонние отходы и/или газовую среду (атмосферу). Однако далее все это для упрощения будем называть как производственный материал для описания однородной или смешанной среды.

Область Υ у другого осевого конца узла 10 устройства защиты подшипника также частично содержит флюид и/или твердые частицы и/или посторонние отходы и/или газовую среду (атмосферу). Однако, далее все это будем называть как атмосферное вещество, для описания однородной или смешанной среды.

Узел 10 устройства защиты подшипника содержит роторный узел 16, который содержит первый роторный элемент 14, который радиально и аксиально расположен во втором роторном элементе 15. Роторный узел 16 расположен рядом со статорным элементом 17.

Поперечный разрез по линии А-А показан на фиг. 2 А. Этот разрез идет через канавку 18 на самой наружной радиальной поверхности статора 17.

Поперечный разрез по линии В-В показан на фиг. 2Е. Этот разрез идет через канавку 19 на самой наружной радиальной поверхности статора 17.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 2А, где первый роторный элемент 14 содержит по меньшей мере одну идущую радиально характеристику, а именно, паз 25. Ротор 14 является главным образом концентрическим (соосным) с валом 12 и следовательно, вращается относительно геометрической оси 26 вала. Статор 17 содержит по меньшей мере одну внутреннюю характеристику, а именно, нагнетательную расточку 27 статора. Радиальный зазор между самой наружной поверхностью ротора 14 и самой внутренней поверхностью нагнетательной расточки 27 статора образует нагнетательную камеру 28.

На фиг. 2А показано, что нагнетательная расточка 27 статора является главным образом эксцентри

- 6 009748 ческой по отношению как к ротору 14, так и к валу 12, и имеет геометрическую ось 29. Величина эксцентриситета между ротором 14 и нагнетательной расточкой 27 статора показана как радиальное расстояние Ζ между соответствующими геометрическими осями 26 и 29.

Результат этого эксцентриситета, радиальный зазор между ротором 14 и нагнетательной расточкой 27 статора, не является постоянным по окружности вокруг узла 10. Как это показано на фиг. 2 А, радиальный зазор 30 в положении 12 ч существенно меньше, чем радиальный зазор 31 в положении 6 ч.

Любой флюид, входящий в нагнетательную камеру 28, приводит к изменениям радиального зазора, когда он переносится по окружности при помощи паза 25 ротора. Это изменение радиального зазора создает изменение давления флюида, действующего в радиальном зазоре. Это изменение давления флюида способствует круговому движению флюида из положения 30 малого радиального зазора в положение 31 большого радиального зазора.

На фиг. 2 А показано, что внешняя канавка 18 в статоре 17 также является главным образом концентрической с валом 12. В самом нижнем радиально положении, называемом здесь положением 6 часов, на фиг. 2 А (вид с торца в разрезе) показано прорывное соединение концентрической канавки 18 с нагнетательной расточкой 27 статора. Это соединение с увеличением показано на фиг. 2В. На фиг. 2В показано, что это прорывное соединение создает отверстие связи 35 между самой внутренней областью статора 17 и самой наружной областью статора 17. Преимуществом этого автоматически создаваемого отверстия связи 35 является то, что оно возникает всегда в положении 31 наибольшего радиального зазора, вне зависимости от вида машины, технологии изготовления или использованного оператора. Это создает преимущества для поставляющей компании.

На фиг. 2С, соответствующей фиг. 2В, показан альтернативный вариант, в котором указанная нагнетательная расточка 27 статора содержит дополнительную радиально выступающую внутреннюю область 36. Эта радиально выступающая область автоматически создает отверстие связи 37, причем длину отверстия 37 можно более жестко контролировать, с меньшими отклонениями, учитывая взаимодействующие обычные производственные допуски расточки 27 и канавки 18.

На фиг. 2Ό, соответствующей фиг. 2В, показан еще один альтернативный вариант, в котором отверстие связи 38 образовано за счет фрезерованного паза 25 или просверленного отверстия, проходящего через статор 17.

На фиг. 2Е, соответствующей фиг. 1, показан еще один вариант, в котором предусмотрена отталкивающая насосная конструкция (запорная конструкция), смежная со стороной производственного материала.

На фиг. 2Е и на фиг. 1 показано, что второй ротор 15 содержит по меньшей мере одну радиально направленную характеристику, а именно, пазы 45. Ротор 15 является главным образом концентрическим с валом 12 и поэтому вращается на геометрической оси 46 вала. Статор 17 содержит по меньшей мере одну внутреннюю деталь, а именно, нагнетательную расточку 47 статора. Радиальный зазор между самой наружной поверхностью ротора 15 и самой внутренней поверхностью нагнетательной расточки 47 статора образует нагнетательную камеру 48.

Нагнетательная расточка 47 статора является главным образом эксцентрической как относительно ротора 15, так и относительно вала 12, и имеет геометрическую ось 49. Величина эксцентриситета между ротором 15 и нагнетательной расточкой 47 статора показана как радиальное расстояние между соответствующими геометрическими осями 46 и 49.

За счет этого эксцентриситета радиальный зазор между ротором 15 и нагнетательной расточкой 47 статора не является постоянным по окружности вокруг узла 10. Как это показано на фиг. 2Е, указанный радиальный зазор 50 в положении 12 ч главным образом меньше, чем радиальный зазор 51 в положении 6 ч.

И в этом случае любой флюид, входящий в нагнетательную камеру 48, приводит к изменениям радиального зазора, когда он переносится по окружности при помощи паза 45 ротора. Это изменение радиального зазора создает изменение давления флюида, действующего в радиальном зазоре. Это изменение давления флюида способствует круговому движению флюида из положения 50 малого радиального зазора в положение 51 большого радиального зазора.

Радиально идущие, не непрерывные по окружности пазы ротора или углубления 45 на наружных поверхностях ротора, не являются главным элементом, способствующим движению флюида 25. Взаимодействие двух вращающихся в противоположных направлениях поверхностей, не концентрически совмещенных, часто достаточно для выталкивания и/или нагнетания флюида.

Равным образом, взаимодействие двух вращающихся в противоположных направлениях поверхностей, главным образом концентрически совмещенных, одной из которых преимущественно является поверхность ротора, которая содержит радиально идущие, не непрерывные по окружности пазы или углубления, может быть достаточно для выталкивания и/или нагнетания флюида.

На фиг. 2Е и фиг. 1 показано, что внешняя канавка 19 в статоре 17 является главным образом концентрической с валом 12. В самом нижнем радиально положении, называемом здесь положением 6 часов, на фиг. 2Е (вид с торца в разрезе) показано радиальное прорывное соединение 55 концентрической канавки 19 с нагнетательной расточкой 47 статора. Это дополнительно показано на фиг. 2Е, где показан

- 7 009748 вид сверху (С-С) устройства, показанного на фиг. 2Е. Это прорывное соединение создает отверстие связи 55 между самой внутренней и самой наружной областями: статора 17. Эта комбинация внешней концентрической канавки 19 и эксцентрической нагнетательной расточки 47 статора автоматически создает отверстие 55 связи в положении 51 самого большого радиального зазора.

Ясно, что положение отверстия 55 связи может находиться в любом круговом местоположении при изменении радиального зазора между ротором и статором. Например, в некоторых применениях выгодно иметь отверстие связи в положении, смежном с положением самого малого радиального зазора между ротором и статором, так как это соответствует положению самой высокой разности давлений флюида, что позволяет использовать относительно высокое давление флюида для выталкивания флюида из отверстия связи.

Специалисты легко поймут, что могут быть использованы одна или две насосных системы. Преимущественно используют сдвоенную отталкивающую насосную систему, с отражателем на стороне атмосферного вещества и с отражателем на стороне производственного материала, так как вход и выход вещества (материала) необходимо отражать с каждой стороны узла 10.

Большие радиальные зазоры 31 и 51 и, следовательно, отверстия связи 37 и 55, при необходимости могут быть расположены при любой угловой зависимости друг относительно друга, за счет простого изменения угловой ориентации, полученной за счет обработки на станке, между эксцентрическими нагнетательными расточками на сторонах атмосферного вещества и производственного материала статора 17.

Число и/или размер и/или соответствующая угловая ориентация нагнетательных пазов 25 и 45 могут быть изменены в соответствии с конкретным применением, в котором используют уплотнение.

Преимущественно отталкивающие насосные конструкции на обеих сторонах должны быть главным образом сбалансированы и равны друг другу, чтобы не содействовать какому-либо особому входу и/или выходу материала.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 3, на которой показано устройство защиты подшипника в виде автономного узла (патрона), поставляемого без каких-либо установочных устройств. Преимущественно роторный узел 60 содержит два аксиально соединенных роторных элемента 14 и 15. Преимущественно первый ротор 14 радиально установлен во втором роторе 15 в радиальном положении 61. Оба ротора 14 и 15 аксиально сжаты так, что осевая грань 62 ротора 15 упирается в осевой заплечик 63 ротора 14. Преимущественно радиальное местоположение 61 представляет собой механическую посадку с натягом, в результате чего оба ротора скреплены вместе. Альтернативно, оба ротора может быть химически соединены при помощи соответствующего клея или постоянно соединены при помощи сварки, и/или при помощи любой комбинации указанных соединений, позволяющей создать надежное присоединение.

Преимущественно радиально самый внутренний ротор 14 содержит радиально идущую разгрузочную деталь 64 на своей самой внутренней поверхности. Деталь 64 является смежной с радиальным местоположением 61 двух роторных элементов 14 и 15. Эта разгрузочная деталь 64 обеспечивает скольжение устройства 10 защиты подшипника на валу 12 без радиального мешающего воздействия на вал 12, вызванного радиальной посадкой с натягом 61 между двумя роторами 14 и15.

Конец каждого ротора 14 и 15 продольно снаружи шире, чем самая внутренняя радиально часть статора 17. Преимущественно статор 17 представляет собой одну монолитную деталь.

Как это показано на фиг. 3, ротор 14 содержит радиально направленную полость 65 на своей самой внутренней поверхности. Полость 65 содержит эластомерное уплотнительное устройство 66 для уплотнения роторного узла 60 на валу 12. Эластомер 66 передает движение вращения от вала 12 на роторный узел 14.

Устройство 10 защиты подшипника преимущественно содержит корпус статора 17, который имеет по меньшей мере одну расположенную радиально снаружи установочную поверхность 67 камеры оборудования. Установочная поверхность 67 расположена рядом с радиально идущей канавкой 68, которая содержит по меньшей мере один эластомерный элемент 69 для уплотнения статора 17 на внутренней области 13 камеры оборудования. Статор 17 также содержит по меньшей мере одну радиально идущую наружную поверхность 70, которая аксиально прилегает к указанной камере 71 оборудования.

Преимущественно ротор 14 и/или 15 содержит по меньшей мере одно отталкивающее насосное устройство, такое как устройство, описанное здесь выше.

Преимущественно ротор содержит по меньшей мере два отталкивающих насосных устройства, которые аксиально смещены друг от друга. Каждое отталкивающее насосное устройство содержит по меньшей мере одну идущую радиально внутрь деталь, расположенную на окружности ротора.

Как это показано на фиг. 3, оба ротора 14 и 15 содержат по меньшей мере одну идущую радиально внутрь и по окружности деталь 72 и 73 в виде зубцов, расположенную на самых наружных радиальных поверхностях роторов 14 и 15. Зубцы 72 и 73 могут иметь квадратную форму, как это показано на фиг. 3, или могут иметь другую форму, в том числе кривую и прямую. Например, эти зубцы могут иметь трапецеидальное, ν-образное или полукруглое поперечное сечение. Кроме того, они могут иметь форму винта с левосторонней или правосторонней резьбой.

Указанная радиальная поверхность ротора и зубцы 72 и 73 движутся с малым радиальным зазором, обычно составляющим от 0.005 до 0.010, относительно соответствующей смежной самой внутренней

- 8 009748 поверхности 74 и 75 статора. Ясно, что радиальный зазор не ограничен величиной 0.005 и может быть больше или меньше этой величины.

Самые внутренние радиальные поверхности 74 и 75 статора 17, смежные с самой наружной радиальной поверхностью роторного узла 60, также могут иметь описанные здесь выше зубцы. Фактически, может быть использована любая комбинация зубцов ротора или статора, чтобы препятствовать осевому движению флюида и/или исключать его.

Устройство 10 защиты подшипника содержит узел 80 статического запорного устройства, содержащее эластомер 81, который радиально размещен в ν-конфигурации, расположенной радиально внутри от указанного эластомера 81. Эта ν-конфигурация образована двумя вращающимися в противоположных направлениях поверхностями, а именно, поверхностью 82 статора и поверхностью 83 ротора.

Эластомер 81 радиально упирается в указанную ν-конфигурацию, при несколько большем радиальном положении, чем номинальное радиальное положение эластомера 81, когда он находится в своем свободном состоянии. На практике, такое размещение означает, что эластомер 81 работает радиально растянутым образом. Так как эластомер 81 вытянут наружу, то такое размещение приводит к тому, что возникает соответствующая направленная радиально внутрь сила, действующая по окружности эластомера 81 и принудительно вводящая его в ν-конфигурацию поверхностей 82 и 83. Это создает статическое уплотнение между роторным узлом 60 и статором 17 на поверхностях 82 и 83. Это построение будет описано далее со ссылкой на фиг. 6А и 6В.

На фиг. 6А показан роторный узел 60, который содержит первый ротор 14 и второй ротор 15. Второй ротор 15 идет радиально снаружи выше самой наружной поверхности эластомера 81. Ротор 15 содержит радиально внутренние поверхности 90 и 91. Поверхность 91 имеет радиальный и аксиальный наклон.

Имеется зазор 92 между наклонной поверхностью 91 и наружной поверхностью эластомера 81. Зазор 92 позволяет исключать наружное фрикционное сопротивление эластомера 81 в применениях с низкой скоростью вращения вала 12.

При запуске оборудования вал 12 начинает вращаться и к эластомеру 81 прикладываются центробежные силы, направленные радиально наружу. Центробежные силы позволяют эластомеру 81 подниматься от наклонной поверхности 82 статора и прижиматься к наклонной поверхности 91 ротора. Это показано на фиг. 6В.

Наклонная поверхность 91 ротора затем преобразует главным образом радиальное движение эластомера 81 в радиальное и осевое движение, толкая его в направлении полости 94 ротора.

Когда вал 12 оборудования останавливается, прекращается действие направленных наружу центробежных сил, воздействующих на эластомер 81. Естественная упругость эластомера 81 создает тогда направленные внутрь радиальные силы, которые побуждают эластомер 81 вернуться назад в его гнездо в виде ν-конфигурации, созданной соответствующими поверхностями 82 и 83 статора 17 и ротора 14, как это показано на фиг. 6А.

Эластомер 81, находящийся в ν-конфигурации, созданной поверхностями 82 и 83, образует радиальное запорное устройство и создает статическое уплотнение, предотвращающее прохождение флюида или твердых частиц как со стороны атмосферного вещества на сторону производственного материала, так и в обратном направлении.

Радиальный зазор 92 может иметь любой размер. Например, он может составлять от нуля до 2.000 или 50 мм и больше. Преимущественно указанный радиальный зазор составляет ориентировочно 0.010. Более того, полагают, что в некоторых применениях необходимо, чтобы наклонная поверхность 91 сжимала радиально внутрь эластомер 81, в результате чего радиальный зазор становится посадкой с натягом, создающей фрикционное сопротивление между поверхностями 91 и 83 ротора.

Описанное здесь выше построение не имеет никаких ограничений, присущих устройству, описанному в патенте США И8 5,378,000. Эти ограничения рассматриваются ниже.

У-образная опорная конфигурация в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает то, что эластомер 81 не будет иметь контакта с острыми или призматическими поверхностями, которые могут врезаться в эластомер 81 при запуске и останове оборудования.

У-образная опорная конфигурация в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает то, что любые и все производственные допуски эластомера 81 не будут оказывать никакого влияния на конструкцию. В статическом состоянии фрикционное сопротивление эластомера 81 относительно поверхностей 82 и 83 является главным образом постоянным, вне зависимости от размера поперечного сечения эластомера 81. Все вариации размера поперечного сечения эластомера 81 компенсируются за счет зазора 92 ротора и/или за счет полости 94 ротора.

У-образная опорная конфигурация в соответствии с настоящим изобретением позволяет компенсировать любые небольшие осевые смещения соответствующих компонентов ротора 60 и статора 17, которые могут происходить при установке уплотнения на вал. Если соответствующий осевой номинальный зазор между ротором 60 и статором 17 изменяется, ν-образная опорная конфигурация будет соответствующим образом аксиально открываться или закрываться, так как она содержит две независимые поверхности. В результате положение эластомера 81 будет изменяться незначительно по отношению к по

- 9 009748 ложению номинального радиального уплотнения указанного эластомера 81. Эластомер 81 будет находиться в слегка более высоком радиальном положении по сравнению с номинальным положением, если осевой зазор закрывается (уменьшается), или в слегка более низком радиальном положении по сравнению с номинальным положением, если осевой зазор увеличивается. Таким образом, предложенная конструкция исключает приложение нежелательных нагрузок или сдвигающих усилий к эластомеру 81 в результате осевого движения.

На фиг. 4А показано перспективное изображение с пространственным разделением деталей четырех из шести компонентов устройства защиты подшипника, показанного на фиг. 1. В ходе сборки устройства в соответствии с настоящим изобретением, ротор 14 проталкивают через статор 17, пока он не будет аксиально установлен. Эластомер 81, который растянут радиально и в направлении наружу, вводят в полученную ν-образную область гнезда, созданную при помощи подузла 100, содержащего ротор 14 и статор 17. Это показано на фиг. 4В. Когда ротор 15 аксиально вводят в подузел 100, то радиально наклонная поверхность 101 будет радиально располагаться на эластомере 81. Продолжение осевого движения ротора 15 приводит к тому, что наклонная поверхность 101 будет радиально сжимать твердый деформируемый эластомер 81, без его повреждения. Таким образом, наличие наклонной поверхности 101 крайне желательно.

На фиг. 5, соответствующей фиг. 3, показано частично продольное сечение устройства 103 защиты подшипника, которое содержит дополнительный твердый деформируемый элемент или эластомер 104. Эластомер 104 введен в радиальную полость 105 захвата между двумя вращающимися в противоположных направлениях поверхностями статора 106 и ротора 107. Указанный эластомер 104 помогает ограничивать объемный поток порожденных воздухом молекул, проходящих через устройство в соответствии с настоящим изобретением. При этом могут быть получены дополнительные преимущества, так как этот вариант совместим с вариантом, показанным на фиг. 1, и поэтому добавление эластомера 104 не вызывает необходимость изменения компонентов первого варианта.

На фиг. 7 показано продольное сечение части устройства в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения. Устройство 109 защиты подшипника имеет роторный узел 110, который содержит по меньшей мере одно отталкивающее насосное устройство 111, содержащее по меньшей мере одну радиально выступающую деталь 112 с наклонным радиально основанием 113, расположенную на самой наружной окружности указанного роторного узла 110. Указанная радиально выступающая деталь 112 является смежной с главным образом радиально наклонной поверхностью 114 статора 115.

Когда роторный узел 110 вращается на валу 116, радиально выступающая деталь 112, а в особенности радиально наклонное основание 113, радиально вытесняет атмосферное вещество в направлении внутренней наклонной поверхности 114 статора 115. Атмосферное вещество также вытесняется радиально наружу за счет центробежных сил, создаваемых за счет вращения роторного узла 110. Как только атмосферное вещество входит в контакт с наклонной поверхностью 114 статора 115, его радиальная скорость преобразуется в осевое смещение и вещество выбрасывается из устройства 109 защиты подшипника.

Как это показано на фиг. 7, роторный узел 110 содержит по меньшей мере два отталкивающих насосных устройства 111 и 117, которые смещены аксиально друг от друга. Каждое отталкивающее насосное устройство содержит по меньшей мере одну идущую радиально внутрь деталь, расположенную на окружности указанного ротора, смежную с главным образом радиально наклонной внутренней поверхностью статора 115.

В то время как на фиг. 7 показано наклонное основание 113 идущей радиально внутрь детали 112, следует иметь в виду, что профиль основания 113 может представлять собой любую комбинацию наклонных, параллельных или изогнутых поверхностей, в том числе (но без ограничения) выпуклых, вогнутых и параллельных, как в продольном сечении, так и в виде с торца, а также любую их комбинацию.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 8, на которой показано, что статорный узел 120 содержит два аксиально соединенных статорных элемента 121 и 122, которые расположены радиально и упираются друг в друга аксиально. Указанный статорный узел 120 содержит два идущих радиально внутрь элемента, которые аксиально захватывают ротор 123, который преимущественно представляет собой монолитную деталь.

Статор 121, вблизи от места радиального прилегания двух статоров 122 и 121, содержит идущую радиально внутрь характеристику 124, на своей самой наружной радиальной поверхности. Указанная идущая радиально характеристика 124 действует как поднутрение, которое не позволяет статорному узлу 120 радиально сталкиваться с корпусом 125 оборудования при заданном радиальном расположении двух статоров 122 и 121.

Статорный элемент 121 содержит идущую радиально внутрь выемку 126 из его самой наружной поверхности, в которую введен твердый деформируемый эластомерный элемент 127, который обеспечивает кольцевое уплотнение самой внутренней поверхности корпуса 125 оборудования.

Статорный элемент 122 имеет идущую радиально наружу деталь 128, которая аксиально вводит статорный узел 120 в контакт с торцевой поверхностью корпуса 125 оборудования.

Статоры 122 и 121 соединены в положении 129 при помощи механического средства, такого как ра

- 10 009748 диальная посадка с натягом или резьба. Однако следует иметь в виду, что статоры 122 и 121 могут быть химически соединены при помощи клея или постоянно соединены при помощи сварки.

Ротор 123 имеет паз 130, идущий радиально наружу из его самой внутренней поверхности, в который введен твердый деформируемый эластомерный элемент 131, обеспечивающий кольцевое уплотнение с самой наружной поверхностью вала 132 оборудования.

Ротор 123 имеет по меньшей мере одно отталкивающее насосное устройство 133, которое содержит по меньшей мере один радиально идущий паз 134 на самой наружной окружности ротора 123.

Паз 134 и ротор 123 работают в полости статора 122. Эта полость преимущественно является эксцентрической, как уже было упомянуто здесь выше со ссылкой на фиг. 2А.

Более того, статор 122 содержит по меньшей мере одно дренажное отверстие 135, как уже было упомянуто здесь выше, со ссылкой на фиг. 2В.

Ротор 123 содержит по меньшей мере два отталкивающих насосных устройства 133 и 136, которые аксиально смещены друг от друга. Каждое отталкивающее насосное устройство содержит по меньшей мере один идущий радиально внутрь паз, расположенный на окружности указанного ротора, смежной с эксцентрической нагнетательной полостью на внутренней поверхности статоров 121 и 122.

Ротор 123 содержит запорное устройство 137, которое содержит эластомер 138, работающий в имеющей ν-образную конфигурацию области 139 гнезда, содержащей наклонную радиальную поверхность 140 статора и наклонную радиальную поверхность 141 ротора.

Ротор 123 также имеет по меньшей мере одну идущую радиально зубчатую поверхность 142, которая расположена радиально вблизи от внутренней радиальной поверхности статора 122 и/или 121.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 9А, на которой показано, что уплотнение в соответствии с настоящим изобретением может иметь корпус статора 150, имеющий идущую радиально наружу деталь 151. В указанной детали 151 статора 150 выполнено по меньшей мере одно осевое сквозное отверстие или паз 152, позволяющие вводить штырь или болт 154 в компонент вращающегося оборудования 153, что позволяет механически закреплять статор 150 в соответствии с настоящим изобретением на вращающемся оборудовании 153.

Как это показано на фиг. 9В, такой корпус статора 155 также содержит соединение 156 с окружающей средой, предназначенное для ввода первичного или вторичного флюида 157 в уплотнение 158, которое затем нагнетает его в технологическую полость 159.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 10, на которой показано, что уплотнение в соответствии с настоящим изобретением может содержать два аксиально скользящих корпуса 160 и 161 статоров. Один корпус 160 статора расположен радиально внутри второго корпуса 161 статора, причем по меньшей мере один из статоров содержит аксиально скользящий эластомерный элемент 162, который уплотнен по окружности между двумя корпусами 160 и 161.

Преимущественно осевое движение между двумя корпусами статоров ограничено при помощи радиально идущей характеристики 163 и/или 164. Преимущественно, оба корпуса 160 и 161 статоров соединены с возможностью вращения, при помощи соответствующего механического средства, такого как приводной штифт или приводной выступ 165, который разрешает движение вращения двух статоров, но запрещает осевое движение.

Указанный наружный корпус 161 статора содержит радиально идущий паз 166, в котором установлен эластомерный элемент 167. Указанный эластомерный элемент 167 создает кольцевое уплотнение между указанным корпусом 161 статора и корпусом 168 оборудования.

Ротор 169 содержит эластомер 170, который создает кольцевое уплотнение ротора 169 на валу 171 оборудования.

Другие элементы в соответствии с настоящим изобретением, показанные на фиг. 10, уже были описаны ранее со ссылкой на другие варианты.

Указанный аксиально скользящий эластомерный элемент 162 преимущественно имеет меньшее радиальное сжатие и, следовательно, создает меньшее фрикционное сопротивление, чем наружный эластомер 167 статора и эластомер 170 вала. Это меньшее фрикционное сопротивление способствует тому, что осевое движение будет происходить скорее у этого эластомера 162, чем в других местах внутри уплотнения.

Таким образом, показанный на фиг. 10 вариант позволяет компенсировать осевое продольное смещение между валом 171 оборудования и корпусом 168 оборудования. Это осевое смещение будет происходить скорее у создающего меньшее фрикционное сопротивление эластомера 162, чем у эластомера 170 вала. Это способствует поддержанию главным образом соответствующих рабочих зазоров между ротором 169 и внутренним статором 160. Может быть скомпенсировано движение любой величины между осевым валом 171 оборудования и корпусом 168 оборудования.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 11А, на которой показано, что уплотнение в соответствии с настоящим изобретением содержит два имеющих угловое скольжение корпуса 180 и 181 статоров. Один корпус 180 статора находится радиально внутри второго корпуса статора 181 и содержит идущую радиально характеристику (поверхность) 182. Указанная характеристика 182 аксиально прилегает к имеющему угловое скольжение эластомеру 183. Наружный корпус 181 статора также содержит идущую ради

- 11 009748 ально характеристику (поверхность) 184, которая аксиально прилегает к противоположной осевой стороне имеющего угловое скольжение эластомера 183.

Имеющий угловое скольжение эластомер образует кольцевые уплотнения между двумя корпусами 180 и 181.

Осевое движение между двумя корпусами 180 и 181 статоров ограничивается за счет радиально идущей характеристики 184.

Оба корпуса 180 и 181 статоров соединены с возможностью вращения, при помощи соответствующего механического средства, такого как приводной штифт или приводной выступ 185, который разрешает угловое движение двух статоров, но запрещает движение вращения.

Наружный корпус 181 статора содержит радиально идущую характеристику (паз) 186, в которой установлен эластомерный элемент 187. Указанный эластомерный элемент 187 создает кольцевое уплотнение между указанным корпусом 181 статора и корпусом 188 оборудования.

Альтернативно, указанное угловое движение может быть осуществлено с использованием двух сопряженных сферических поверхностей 320, или их механической альтернативы, как это показано на фиг. 11В.

Другие элементы в соответствии с настоящим изобретением, показанные на фиг. 11, уже были описаны ранее со ссылкой на другие варианты.

Таким образом, варианты устройства, показанные на фиг. 11А и 11В, позволяют компенсировать угловое смещение между валом 189 оборудования и корпусом 188 оборудования. Это угловое смещение преимущественно будет иметь место скорее в положении шарнира между двумя статорами 180 и 181, у эластомера 183 или у сферического стыка 320, чем в других положениях. Это гарантирует главным образом поддержание соответствующих рабочих зазоров между ротором 190 и внутренним статором 180/321 в тех применениях оборудования, в которых имеется угловое смещение между валом 189 и корпусом 188 оборудования.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 12А, на которой уплотнение 200 главным образом разрезано по его продольной оси, чтобы облегчить его установку в оборудование, которое не может быть разобрано, чтобы установить в него обычное уплотнение.

Уплотнение содержит по меньшей мере две сопрягаемые половины 201 и 202 роторного узла и по меньшей мере две сопрягаемые половины 203 и 204 статора. Детали этого уплотнения, в частности, запорное устройство и отталкивающее насосное устройство, уже были описаны здесь выше.

Специфические характеристики этого варианта будут описаны далее со ссылкой на фиг. 12 А, 12В, 12С, 12Ό, 12Е, 12Е и 126.

На фиг. 12А показаны две разделенные половины статора, которые могут быть соединены вместе при помощи подходящего средства крепления, такого как один или несколько винтов 205 с колпачком. Винт 205 с колпачком вводят в отверстие 206 с гарантированным зазором одной разделенной половины 203 статора, и ввинчивают в соответствующее рельсовое отверстие 207 второй разделенной половины 204.

Винт 205 с колпачком показан только в качестве примера возможного крепления. В другом примере крепления обе разделенные половины имеют гладкие отверстия, через которые пропускают болты, а затем половины стягивают при помощи гаек, навинчиваемых на болты.

На фиг. 12В показано, что обе разделенные половины 203 и 204 статора имеют соответствующие уплотнения 210 на своих радиальных концах, которые устанавливают перед соединением половин вместе. Указанные уплотнения 210 могут быть выполнены как уплотнитель, наносимый во время соединения, или как прокладка, показанная на фиг. 12В. Элемент в виде прокладки полностью покрывает радиальный конец половины статора, или, как это показано на фиг. 12В, имеет заданную конфигурацию.

На фиг. 12В показано, что прокладку 210 вводят в канал 211, по меньшей мере на двух радиальных концах одной из половин 203 или 204 статора. Прокладка 210 создает идущее радиально уплотнение между статором и эластомером 212 корпуса оборудования и между статором и эластомером 213 ротора. Преимущественно прокладка 210 прилегает к каждому эластомеру 212 и 213.

На фиг. 12А показано, что две половины роторного узла 201 и 202 могут быть соединены вместе при помощи подходящего средства крепления, такого как один или несколько винтов 215 с колпачком. Винт 215 с колпачком вводят в отверстие 216 с гарантированным зазором одной разделенной половины 201 ротора, и ввинчивают в соответствующее резьбовое отверстие 217 второй разделенной половины 202 ротора.

Альтернативно, обе разделенные половины роторного узла могут иметь отверстия с гарантированным зазором, через которые пропускают болты, а затем указанные половины стягивают при помощи гаек, навинчиваемых на болты.

На фиг. 12В показано, что обе разделенные половины 201 и 202 ротора имеют соответствующие уплотнения 220 на своих радиальных концах, которые устанавливают перед соединением половин вместе. Указанные уплотнения 220 могут быть выполнены как уплотнитель, наносимый во время соединения, или как прокладка, показанная на фиг. 12В. Элемент в виде прокладки полностью покрывает радиальный конец половины ротора, или, как это показано на фиг. 12В, имеет заданную конфигурацию.

- 12 009748

На фиг. 12В показано, что прокладку 220 вводят в канал 221 по меньшей мере на двух радиальных концах одной из половин 201 или 202 ротора. Прокладка 220 создает идущее радиально уплотнение между ротором и эластомером 222 вала оборудования и между ротором и эластомером 213 статора. Преимущественно прокладка 220 прилегает к каждому эластомеру 222 и 213.

Две разрезанные половины ротора и статора могут быть соединены внахлестку, так как они являются плоскими и, следовательно, образуют цельную уплотняющую поверхность. Это устраняет необходимость в прокладке между указанными половинами. Однако при этом требуется более значительная дополнительная обработка, чтобы получить соответствующий стык между двумя металлическими деталями, чем в случае, когда используют твердый деформируемый материал.

Более того, два половины соответствующих компонентов устройства защиты подшипника могут быть склеены вместе при помощи подходящего клея и/или уплотнителя во время установки узла на вращающуюся деталь оборудования.

Кроме того, два половины статора и ротора могут быть механически скреплены и могут удерживаться вместе при помощи подходящего средства, такого как зажим _щЫ1ее ейр, стопорное кольцо, разрезное кольцо и/или стяжка (йе-^тар).

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 12С, на которой показан еще один вариант уплотнения в соответствии с настоящим изобретением, который содержит крепежные средства 230 и 231 ленточного типа как для статора 232, так и для ротора 233, позволяющие скреплять вместе две соответствующие разделенные половины. Это приводит к необходимости разрезания эластомерных элементов 212, 213 и 222 ранее установки уплотнения в соответствии с настоящим изобретением в оборудование. Эластомеры 212, 213 и 222 могут быть разрезаны радиально, с использованием, например, ножа, после чего их обертывают вокруг вала и концы указанных эластомеров 212, 213 и 222 скрепляют при помощи соответствующего клея, что приводит к получению сплошного (непрерывного) кругового кольца.

Так как концы эластомера могут быть ошибочно соединены с радиальным смещением, что может отрицательно влиять на качество уплотнения, то разрезанный эластомер содержит средство локализации между его соответствующими концами, как это показано на фиг. 12Ό.

На фиг. 12Ό показано, что один конец разделенного эластомера 235 содержит внутренний радиально идущий элемент 236, а другой конец разделенного эластомера 235 содержит соответствующее установочное отверстие 237. Во время сборки узла вокруг вала оборудования выступающий конец 236 эластомера вводят в отверстие 237 на другом конце и закрепляют при помощи соответствующего клея. Такая конструкция обеспечивает точное радиальное совмещение двух концов эластомера 235 и поэтому является желательной, так как она облегчает процесс установки.

В некоторых применениях трудно использовать отдельные винты для соединения вместе двух аксиально разделенных компонентов, поэтому используют невыпадающие винты, удерживаемые в указанных разделенных деталях, когда установку уплотнения производят в трудно доступных местах.

Как уже было упомянуто здесь выше, в одном из способов скрепления вместе двух радиальных половин используют винты, вводимые через отверстие с гарантированным зазором 216 в резьбовое отверстие 217. Однако, указанные установочные отверстия в обеих половинах ротора и статора могут быть резьбовыми. В этом случае используют специальные винты, как это показано на фиг. 12Е.

На фиг. 12Е показано, что винт 239 с колпачком имеет радиальную выемку 300 на ограниченной осевой длине, между головкой 301 винта и резьбовым участком 302.

Из рассмотрения фиг. 12Е можно понять, что винт 239 с колпачком ввинчивают в резьбовое отверстие одного из аксиально разделенных роторных элементов 303 до тех пор, пока резьбовой участок 304 винта 239 с колпачком не выйдет за осевой конец соответствующего резьбового участка 305 в роторе 303. Радиальная выемка 300 винта 239 с колпачком имеет диаметр меньше, чем диаметр внутренней поверхности резьбы 305 в роторе 303. Теперь винт с колпачком 239 будет аксиально захвачен между заплечиками 301 и 306 в аксиально разделенном роторе 303 и не выпадет при установке разделенного устройства уплотнения.

На фиг. 120 показана соответствующая резьба 307 в соответствующей половине 308 ротора и винт 239 с колпачком в завинченном положении, который зажимает вместе обе радиально разделенные половины 303 и 308 ротора.

Такие же невыпадающие винты с колпачком могут быть использованы для скрепления статора.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 13, на которой показано, что кассетное (в виде патрона) механическое уплотнение 241 установлено на валу 242 и закреплено на корпусе 243 детали вращающегося оборудования. Кассетное механическое уплотнение 241 предотвращает утечку производственного материала 244 из технологической камеры 245.

На фиг. 13 показано уплотнение 240 на стороне атмосферного (не производственного) вещества кассетного механического уплотнения 241.

Механическое уплотнение 241 содержит барьерный флюид 246 в барьерной камере 247. Барьерный флюид 246 не может поступать в технологическую камеру 245, так как она закрыта внутренними сторонами 248 механического уплотнения. Уплотнение 240 предотвращает утечку барьерного флюида на атмосферную сторону 249 кассетного механического уплотнения 241.

- 13 009748

Статор 250 уплотнения 240 представляет собой отдельную заменяемую деталь сальника 251 кассетного механического уплотнения 241. Ясно, что этот статор при необходимости может быть выполнен в виде единого целого с уплотнением.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 14, на которой показано, что лабиринтное уплотнение 260 закреплено на вращающемся валу 261 при помощи одного или нескольких установочных винтов 262, введенных в аксиально вытянутый ротор 263.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 15, на которой показано, что аксиально компактное лабиринтное уплотнение 270 содержит одно отталкивающее насосное устройство 271 на стороне атмосферного вещества.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 16, на которой показано, что аксиально компактное лабиринтное уплотнение 280 содержит одно отталкивающее насосное устройство 281 на стороне атмосферного вещества и запорное уплотнительное устройство 282.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 17, на которой показано, что аксиально компактное лабиринтное уплотнение 290 содержит запорное уплотнительное устройство 291.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 18, на которой показано, что лабиринтное уплотнение устройства защиты подшипника 350 установлено на валу 351. Роторный узел 352 и статор 353 выполнены главным образом аналогично тому, что описано здесь ранее со ссылкой на фиг. 1.

Можно видеть, что соединяющий статор с ротором тороидальный эластомер 354 радиально захвачен между внутренней поверхностью 355 ротора и наружной поверхностью 356 ротора. Однако указанный эластомер 354 может двигаться аксиально и создавать уплотнительное зацепление со статором.

Рядом с эластомером 354 находится вращающийся осевой смещающий эластомер 357. Указанный осевой смещающий эластомер 357 преимущественно радиально шире, чем эластомер 355, но имеет меньшую площадь поперечного сечения. Осевой смещающий эластомер 357 аксиально захвачен между осевой поверхностью 358 ротора 352 и осевой поверхностью эластомера 354. Преимущественно, указанный эластомер 357 слегка аксиально сжат, в результате чего он прикладывает осевое усилие к эластомеру 354, смещая его и способствуя его уплотнительному зацеплению со статором 353.

Осевой смещающий эластомер 357 может быть растянут по окружности в выемке 359 ротора, как это более четко показано на фиг. 19. Радиальная выемка 359 в роторе 352 преимущественно на 0.010 радиально шире, чем самая наружная поверхность эластомера 357. Преимущественно, как это показано на фиг. 19, смежная поверхность 361 имеет радиальный наклон. Однако указанная поверхность может быть и перпендикулярной к валу 351.

Таким образом, имеется уплотнение между статором 353 и ротором 352, когда вал 351 оборудования и уплотнение 350 являются статическими. Когда вал 351 оборудования и уплотнение 350 являются динамическими, к эластомеру 357 прикладываются центробежные силы вращающегося узла, которые способствуют растяжению эластомера 357 по окружности. Это действие растяжения по окружности компенсирует осевую смещающую силу эластомера 354, что позволяет указанному эластомеру 354 аксиально плавать в радиально ограниченной выемке 362. Фрикционное сопротивление между эластомером 354 и статором 353 достаточно для того, чтобы эластомер 354 мог смещаться аксиально в пространство, занимаемое ранее эластомером 357, в результате чего создается осевой зазор между роторным узлом 352 и статором 353.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 20 А, на которой показано уплотнение 360 в статическом положении, при этом вращающийся эластомер 354 имеет уплотнительное зацепление со статором 353 на поверхности 362. В динамическом положении, показанном на фиг. 20В, вращающийся эластомер 354 аксиально смещен от статора 353 и имеется осевой зазор 363.

Осевая поверхность 358 ротора имеет наклон 364 к оси, поэтому осевой зазор Ν, смежный с самой внутренней поверхностью эластомера 357, аксиально меньше, чем осевой зазор М, смежный с самой наружной поверхностью эластомера 357.

Когда оборудование является статическим, самая внутренняя поверхность эластомера 357 обычно на величину от 0.005 до 0.010 радиально шире, чем ее номинальный радиальный размер в свободном состоянии, что называют здесь радиальным предварительным натягом.

Комбинация начального радиального предварительного натяга эластомера 357 и аксиально наклонной поверхности 358 способствует возникновению осевого усилия, воздействующего на эластомер 354. Когда эластомер 357 растягивается по окружности, тогда наклонная поверхность 358 активно способствует созданию осевого зазора.

Описанная здесь выше конструкция обладает существенными техническим преимуществами. Вопервых, осевое уплотнительное зацепление между ротором и статором является более надежным решением, чем радиальное уплотнительное зацепление.

Во-вторых, свойства материалов, в частности, плотность, соответствующих эластомером 354 и 357, могут быть выбраны так, чтобы соответствовать назначению этих эластомеров. Например, эластомер 354 преимущественно должен быть твердым эластомером, с твердостью по Шору обычно от 70 до 90, так чтобы он был более стойким к фрикционному износу при вращении в противоположных направлениях. Эластомер 357 преимущественно должен быть более упругим и растяжимым по окружности, с твердо

- 14 009748 стью по Шору обычно от 40 до 70.

Могут быть выбраны не только разные плотности одного и того же материала, но и разные материалы. Например, эластомер 354 может быть изготовлен из ПТФЭ, в то время как эластомер 357 может быть изготовлен из такого материала, как νίΐοη, выпускаемый фирмой Όυροηΐ Όον. В качестве дополнительного примера можно указать, что можно выбрать материал эластомера 354, имеющий самосмазывающиеся свойства, что делает его идеальным в случае сопряжения со скользящими и/или вращающимися поверхностями.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 21 А, на которой показана альтернативная конструкция, обеспечивающая существенные преимущества, связанные с тем, что эластомер 370 может иметь сплошную тороидальную конфигурацию с меньшей площадью поперечного сечения, чем эластомер 371. Поэтому эластомер 370 имеет возможность более легкого растяжения по окружности в приложениях с более низкой скоростью вращения вала.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 21В, на которой показана другая альтернативная конструкция, обеспечивающая существенные преимущества, связанные с тем, что эластомер 375 имеет сплошную тороидальную конфигурацию с большей площадью поперечного сечения, чем эластомер 376. Поэтому эластомер 375 создает большую степень осевого сжатия эластомера 376.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 21 С, на которой показана еще одна альтернативная конструкция, обеспечивающая существенные преимущества, связанные с тем, что эластомер 380 имеет полую тороидальную конфигурацию. Поэтому эластомер 380 имеет возможность более легкого растяжения по окружности в приложениях с более низкой скоростью вращения вала.

Осевые смещающие элементы 357, 370, 375 и/или 380 могут быть выполнены в виде пружинного элемента или в виде клиновидного элемента. Фактически, может быть использован любой вид тороидальной конфигурации, как это показано в описанных далее примерах, показанных на фиг. 21Ό, 21Е, 21Е и 210.

На фиг. 21Ό показан элемент 385 в виде пружины, действующий как осевой смещающий элемент, смежный с уплотнительным элементом 386. Элемент 385 в виде пружины представляет собой замкнутую в кольцо «резинку», которая может расширяться по окружности, когда на нее воздействует внутренняя радиальная сила, превышающая собственное натяжение пружины.

На фиг. 21Е показан элемент 390 в виде клина, который может быть полностью или частично радиально расщеплен (или не расщеплен) в одной или нескольких точках на его окружности. Элемент 390 в виде клина создает одну или несколько угловых поверхностей 391, которые создают осевое смещение уплотняющего элемента 392.

На фиг. 21Е показан элемент 393 в виде пружины, который передает энергию элементу 394 в виде клина, который, в свою очередь, создает осевое смещение уплотняющего элемента 395.

На фиг. 210 показан тороид 396 в виде губки (кромки), который в первую очередь создает запорное уплотнение между вращающимися в противоположных направлениях деталями 397 и 398. Тороид 396 в виде губки может быть аксиально смещен при помощи любого подходящего средства, в том числе, как это показано на фиг. 210, при помощи элемента 399 в виде пружины.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 22, на которой показано уплотнение 400, которое содержит ротор 401 и статор 402. Ротор 401 аксиально стеснен при помощи идущего радиально заплечика 403 статора и стопорного кольца 404.

Ротор 401 уплотнен на валу 405 оборудования при помощи эластомера 406 и выполнен с возможностью вращения, а статор уплотнен при помощи эластомера 408 в корпусе 407 оборудования и выполнен с возможностью вращения.

Ротор 401 содержит один или несколько радиально идущих зубцов 410 и/или 411 и/или 412, расположенных на открытых наружу поверхностях ротора 401, смежных с открытыми внутрь поверхностями 413, 414 статора 402.

Поверхности 413 и/или 414 статора не являются концентрическими с поверхностями 410 и/или 411 ротора, как это показано на фиг. 22 внизу в положениях 416 и 417. Переменный радиальный зазор между наружными поверхностями ротора и внутренними поверхностями статора, которые не являются концентрическими, способствует движению флюида.

Следует иметь в виду, что уплотнение 400 не обязательно требует наличия радиальных, не непрерывных углублений или нагнетательных пазов на наружных поверхностях 410 и/или 411 ротора, чтобы способствовать движению флюида.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 23, на которой показано более подробно запорное устройство, которое содержит сплошной тороид 420, аксиально смещаемый при помощи сплошного тороида 421. Монолитный ротор 401 содержит аксиально идущую полость 422, которая имеет по меньшей мере одну обращенную наружу поверхность 423 и по меньшей мере одну обращенную внутрь поверхность 424, а преимущественно две обращенные внутрь поверхности 424 и 425.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 24, на которой показано, что уплотнение 450 содержит корпус 451, который радиально удлинен, чтобы заменить крышку камеры подшипника (показанную как отдельная деталь на предыдущих чертежах). Это имеет существенное значение для изготовителей вра- 15 009748 щающегося оборудования, так как позволяет исключить отдельную деталь из полного комплекта.

Корпус 451 содержит осевое отверстие 452, которое соответствует резьбовому отверстию 453 в камере 454 подшипника вращающегося оборудования, что позволяет аксиально прикреплять корпус 451 к камере 454 подшипника.

На фиг. 25 показано, как вращающийся узел 460 может быть извлечен из корпуса 451, при этом корпус остается на месте вместе с камерой 454 подшипника вращающегося оборудования. Таким образом, эта конструкция обеспечивает легкость ремонта и/или замены вращающихся в противоположных направлениях изнашиваемых элементов 461.

Далее приведено краткое описание приведенных здесь выше различных вариантов устройств в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 1 приведен вариант кассетного бесконтактного уплотнения лабиринтного типа, которое содержит одну или несколько радиальных поверхностей с зубцами, создающих лабиринт, два отталкивающих насосных устройства на сторонах производственного материала и атмосферного вещества, и запорное устройство. Такое построение является особенно предпочтительным для предотвращения входа и выхода флюида и/или твердых частиц в полость подшипника и из нее.

На фиг. 2 показаны варианты, которые является особенно предпочтительными, не только потому, что в них использована имеющая высокую эффективность насосная система, полученная за счет использования ротора, работающего в эксцентрической нагнетательной камере, но и потому, что устройство является вращательно двунаправленным. Это означает, что это же самое бесконтактное устройство защиты подшипника в соответствии с настоящим изобретением может быть использовано для уплотнения любого конца обычной серийной камеры подшипника, причем вал может вращаться как по часовой стрелке (если смотреть с одной стороны камеры), так и против часовой стрелки.

Варианты, показанные на фиг. 4А и 6, является особенно предпочтительными, так как запорное устройство помогает предотвращать поступление влаги в камеру подшипника, когда оборудование является статическим и вал не вращается. Наличие ν-образной опорной области снижает до минимума разрушение эластомера при запуске и останове оборудования, что позволяет повысить срок службы устройства.

На фиг. 5 показан вариант, который является особенно предпочтительным в тех применениях, в которых требуется дополнительная защита, чтобы снизить до минимума объемный поток порожденных воздухом молекул через устройство в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 7 показан вариант, который является особенно предпочтительным в тех применениях, в которых имеется движение и/или циркуляция производственного материала. В таких применениях может быть использована создающая масляный туман система для смазки подшипников в детали вращающегося оборудования. Отражательная насосная конструкция с открытой лопаткой, содержащая наклонный статор, помогает облегчить циркуляцию смазочного материала.

На фиг. 8 показан вариант инверсной конструкции по сравнению с вариантом конструкции, показанным на фиг. 1, в которой статор содержит два аксиально и радиально соединенных компонента, а ротор является монолитным.

На фиг. 9 показан вариант приспособления (адаптации) показанного на фиг. 1 варианта, при этом корпус статора приспособлен для прикрепления к корпусу оборудования. Такое приспособление является весьма практичным, так как позволяет при сборке исключить механическое уплотнение или упакованное первичное уплотнение камеры во вращающемся оборудовании. Корпус статора может также иметь соединения с окружающей средой для ввода (для промывки) первичного или вторичного флюида в уплотнение, причем этот флюид затем поступает в технологическую полость. Кроме того, такая конструкция может быть использована для рециркуляции смазочного материала подшипника из камеры подшипника, например, в охладитель, и затем назад в камеру подшипника, в системе с замкнутой петлей.

На фиг. 10 показан вариант, который позволяет компенсировать любую величину осевого движения, если уплотнение установлено в скользящем корпусе. Это является предпочтительным в тех применениях, в которых движение вала является чрезмерным по причине физического и/или теплового расширения.

На фиг. 11 показан вариант, который позволяет использовать изобретение в конструкциях в виде стоек, в которых используют сферические подшипники и где варьирует (изменяется) угловое совмещение вала с корпусом.

В некоторых типах вращающегося оборудования валы имеют большие диаметры. Могут потребоваться многие часы, дни или даже недели для демонтажа оборудования и замены вышедших из строя устройств защиты подшипников. В таких применениях особенно важной является возможность установки на место нового устройства защиты подшипника без демонтажа вращающегося оборудования. В таких применениях предпочтительным является использование показанного на фиг. 12Ά-12Ό варианта уплотнения с разделенными компонентами. Замена уплотнения с разделенными компонентами является очень простой и занимает мало времени по сравнению с обычными уплотнениями. Более того, устройство защиты подшипника обычно работает в условиях малых нагрузок, практически с нулевым технологическим давлением и температурой. Это делает весьма желательным и практичным простое соединение

- 16 009748 двух наборов деталей, в том числе и эластомеров, с использованием уплотнителя или клея.

На фиг. 13 показан вариант, который является эффективным в дополнение к механическому уплотнению.

На фиг. 14 показан вариант, который может быть использован в тех применениях, в которых важна целостность вращающегося привода.

На фиг. 15, 16 и 17 показаны варианты аксиально компактного бесконтактного устройства защиты подшипника в соответствии с настоящим изобретением. Такие варианты важны для замены масляных и манжетных уплотнений, которые часто имеют как большую осевую ширину, так и большую радиальную ширину.

Преимущества показанных на фиг. 12Е-12С вариантов проявляются в тех случаях, когда установка уплотнений и компонентов является затруднительной в местах с ограниченным доступом. Такие компоненты, как винты, часто выпадают при монтаже и теряются. В качестве примера показан вариант с использованием винтов с колпачками для соединения соответствующих половин бесконтактных уплотняющих устройств. Винт с колпачком не может выпадать из половины даже при ее перевороте.

На фиг. 18-21 показаны варианты настоящего изобретения, которые обеспечивают широкий диапазон перестановок дополнительного тороида для растягиваемого по окружности элемента и элемента уплотнения между ротором и статором, что является особенно предпочтительным для применений с малой скоростью вала.

На фиг. 22 и 23 показан вариант с конструкцией ротора в виде одной детали, причем ротор содержит аксиально и радиально идущую канавку. Этот вариант имеет преимущества по сравнению с конструкцией ротора в виде двух деталей, так как позволяет уменьшить число деталей.

На фиг. 24 и 25 показан вариант с корпусом устройства защиты подшипника, который использован также в качестве крышки для камеры подшипника. Это имеет существенное значение для изготовителей вращающегося оборудования, так как позволяет исключить отдельную деталь из полного комплекта. В этом варианте используют радиально идущий корпус (устройства защиты подшипника) и предусмотрен способ его осевого крепления к вращающейся камере подшипника оборудования.

Настоящее изобретение, примеры осуществления которого приведены в описании, может быть использовано для уплотнения, защиты и изоляции камер подшипников, вентиляторов, насосов, смесителей, воздуходувок, поворотных клапанов, электрических двигателей и любых других компонентов вращающегося оборудования, которые требуют защиты от входа и/или выхода вещества (материала).

Claims (22)

1. Изоляционное уплотнение, которое содержит статорный элемент, предназначенный для установки в статоре вращающегося оборудования;

роторный элемент, предназначенный для установки на вращающемся валу указанного вращающегося оборудования;

причем статорный и роторный элементы образуют соответствующие смежные поверхности;

статическое запорное устройство, содержащее упругий кольцевой уплотнительный элемент, который входит в зацепление с обеими смежными поверхностями, когда ротор является статическим, и выходит из зацепления с одной или несколькими поверхностями указанного ротора и статора, когда ротор является динамическим; и в котором по меньшей мере одна из указанных поверхностей имеет наклон к продольной оси под углом больше или меньше чем 90°.

2. Изоляционное уплотнение по п.1, в котором наклон по меньшей мере верхностей к продольной оси составляет от 5 до 175°.

3. Изоляционное уплотнение по п.1, в котором наклон по меньшей мере верхностей к продольной оси составляет от 10 до 80° или от 100 до 120°.

4. Изоляционное уплотнение по п.1, в котором наклон по меньшей мере верхностей к продольной оси составляет от 30 до 60° или от 120 до 150°.

5. Изоляционное уплотнение по п.1, в котором наклон по меньшей мере верхностей к продольной оси составляет около 45°.

6. Изоляционное уплотнение, которое содержит статорный элемент, предназначенный для установки в статоре вращающегося оборудования; роторный элемент предназначенный для установки на вращающемся валу вращающегося оборудоодной одной одной одной из из из из указанных указанных указанных указанных попопопования;

причем статорный и роторный элементы образуют соответствующие смежные поверхности; и статическое запорное устройство, содержащее упругий кольцевой уплотнительный элемент и вспомогательный элемент, выполненное с возможностью перемещения между первым положением, когда роторный элемент является статическим, в котором указанный вспомогательный элемент сжимает указанный упругий кольцевой элемент и вводит его в зацепление с обеими указанными поверхностями, и вторым положением, в котором сжатие указанного упругого элемента уменьшается, в результате чего

- 17 009748 упругий кольцевой элемент выходит из зацепления с одной или несколькими указанными поверхностями ротора и статора, когда ротор является динамическим.

7. Изоляционное уплотнение по одному из пп.1-6, в котором упругий уплотнительный элемент является тороидальным.

8. Изоляционное уплотнение по одному из пп.1-6, которое дополнительно содержит лабиринтное уплотнение, образованное между указанными роторным и статорным элементами.

9. Изоляционное уплотнение по одному из пп.1-6, которое дополнительно содержит по меньшей мере одно двунаправленное отталкивающее насосное устройство.

10. Изоляционное уплотнение по одному из пп.1-6, в котором указанные поверхности роторного элемента и статорного элемента обе имеют наклон к продольной оси под углом больше или меньше чем 90°.

11. Изоляционное уплотнение по одному из пп.1-6, в котором роторный и статорный элементы разъединены в осевом направлении, но не могут совершать относительное осевое перемещение, за счет по меньшей мере одного радиально выступающего элемента, образованного на одном из указанных роторном и статорном элементах.

12. Изоляционное уплотнение по одному из пп.1-6, в котором роторный элемент и статорный элемент не могут совершать осевое перемещение, за счет двух или нескольких радиально выступающих элементов.

13. Изоляционное уплотнение по одному из пп.1-6, в котором статорный элемент снабжен по меньшей мере одним отверстием связи, идущим от внутренней поверхности статорного элемента к наружной поверхности статорного элемента.

14. Изоляционное уплотнение по п.13, в котором указанное отверстие связи находится рядом с радиально выступающим элементом, выполненном на указанном роторном элементе.

15. Изоляционное уплотнение по п.13 или 14, в котором указанная внутренняя поверхность статорного элемента является главным образом эксцентрической относительно роторного элемента и/или, во время работы, относительно вращающегося вала.

16. Изоляционное уплотнение по одному из пп.13-14, в котором связь с отверстием обеспечена, при использовании, в самой нижней радиальной точке на уплотнении.

17. Изоляционное уплотнение по одному из пп.1-6, в котором статорный элемент снабжен идущей радиально внутрь канавкой на его наружной поверхности и главным образом эксцентрической внутренней поверхности, причем указанная канавка идет до самой наружной точки внутренней поверхности, создавая отверстие связи, соединяющее внутреннюю и самую наружную поверхности статорного элемента.

18. Изоляционное уплотнение по одному из пп.1-6, в котором указанные поверхности совместно образуют ν-конфигурацию.

19. Изоляционное уплотнение по п.18, в котором упругий кольцевой элемент находится внутри указанной ν-конфигурации при радиальном положении, большем чем номинальное радиальное положение упругого кольцевого элемента в его свободном состоянии.

20. Изоляционное уплотнение по одному из пп.1-6, в котором роторный элемент снабжен по меньшей мере двумя отталкивающими насосными устройствами, которые аксиально разделены.

21. Уплотнительный патрон, который содержит изоляционное уплотнение по одному из пп.1-20.

22. Устройство защиты подшипника, которое содержит изоляционное уплотнение по одному из пп.1-20.