RU195568U1

RU195568U1 - FACE SEAL

Info

Publication number: RU195568U1
Application number: RU2019138658U
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Журавлев; Алексей Викторович Шолохов; Сергей Александрович Тютиков; Алексей Олегович Лукичев; Иван Алексеевич Полухин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Управляющая компания "Алтайский завод прецизионных изделий"
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2020-01-31

Abstract

Торцовое уплотнение включает уплотнительное кольцо, установленное в канавку, выполненную на торце соединяемых деталей. Канавка имеет в своем поперечном сечении форму равнобокой трапеции, расширяющейся от уплотняемого торца в глубину. Угол наклона боковой поверхности канавки к оси, проведенной по нормали к плоскости донышка канавки, составляет от 7 до 15 градусов, глубина канавки составляет от 0,75 до 0,77 от диаметра поперечного сечения уплотнительного кольца, кромки, образованные сопряжениями боковой поверхности канавки с донышком канавки и поверхностью уплотняемого торца, скруглены радиусами от 0,1 до 0,2 мм, наименьшая ширина канавки составляет от 0,93 до 0,96 от наибольшей ширины канавки и от 0,945 до 0,955 от наружного диаметра уплотнительного кольца, которое требуется установить.The mechanical seal includes an o-ring mounted in a groove made at the end of the parts to be joined. The groove has in its cross section the shape of an isosceles trapezoid, expanding from the end to be sealed in depth. The angle of inclination of the side surface of the groove to the axis normal to the plane of the bottom of the groove is from 7 to 15 degrees, the depth of the groove is from 0.75 to 0.77 of the diameter of the cross section of the sealing ring, the edges formed by the mates of the side surface of the groove with the bottom grooves and the surface of the end to be sealed, rounded with radii from 0.1 to 0.2 mm, the smallest groove width is from 0.93 to 0.96 of the largest groove width and from 0.945 to 0.955 of the outer diameter of the o-ring that you want to install b.

Description

Полезная модель относится к уплотнительной технике и может быть использована для герметизации неподвижных разъемных соединений.The invention relates to a sealing technique and can be used to seal fixed plug connections.

Для герметизации фланцевых соединений широко применяются торцовые уплотнения, конструктивные элементы которых, включая форму и размеры посадочных мест для установки уплотнительных колец, стандартизованы.Mechanical seals are widely used for sealing flange joints, the structural elements of which, including the shape and dimensions of the seats for installing the sealing rings, are standardized.

Известны торцовые уплотнения, в которых посадочные места для установки уплотнительных колец могут быть выполнены в виде прямоугольных в поперечном сечении кольцевых канавок заданных размеров (ГОСТ 9833, DIN 24960). К недостаткам известного решения относится возможность выпадения уплотнительного кольца при сборке и, связанная с этим, необходимость разработки специальных мероприятий для временной фиксации кольца в канавке.Mechanical seals are known in which the seats for installing the sealing rings can be made in the form of annular grooves of rectangular dimensions in a given cross section (GOST 9833, DIN 24960). The disadvantages of the known solutions include the possibility of loss of the sealing ring during assembly and, associated with this, the need to develop special measures for temporary fixation of the ring in the groove.

Известно торцовое уплотнение, в котором поперечное сечение канавки выполнено в форме равнобедренной трапеции со скругленными углами, расширяющейся в направлении донышка канавки (Каталог компании Freudenberg Simrit GmbH&Co.KG, 2007) так, что ширина канавки на входе меньше ширины донышка. Боковые поверхности канавки имеют одинаковый наклон к оси симметрии, проведенной по нормали к донышку канавки. Угол наклона составляет от 24 до 26 градусов, глубина канавки составляет около 0,82 от диаметра уплотнительного кольца в поперечном сечении. Уплотнительное кольцо устанавливается в канавку с натягом по наружному и внутреннему диаметрам. Для извлечения уплотнительного кольца из канавки необходимо применять специальный слесарный инструмент, который требуется завести в канавку под уплотнительное кольцо, приподнять им уплотнительное кольцо, деформировав его, и вытолкнуть из канавки.A mechanical seal is known in which the cross section of the groove is made in the form of an isosceles trapezoid with rounded corners, expanding in the direction of the bottom of the groove (Catalog of the company Freudenberg Simrit GmbH & Co.KG, 2007) so that the width of the groove at the entrance is less than the width of the bottom. The lateral surfaces of the groove have the same inclination to the axis of symmetry drawn normal to the bottom of the groove. The angle of inclination is from 24 to 26 degrees, the depth of the groove is about 0.82 of the diameter of the o-ring in cross section. The o-ring is installed in the groove with an interference fit on the outer and inner diameters. To remove the o-ring from the groove, it is necessary to use a special bench tool, which must be inserted into the groove under the o-ring, lift the o-ring with it, deforming it, and push it out of the groove.

К недостаткам известного решения относится опасность повреждения уплотнительного кольца при его многократной установке в канавку и извлечении из канавки. Кроме того, выполнение боковых поверхностей канавки для установки уплотнительного кольца под углом от 24 до 26 градусов к оси симметрии требует применения режущего инструмента со специальной заточкой в то время как углы заточки составляют от 8 до 12 градусов по ГОСТ 13297 и 15 градусов по ГОСТ 18883.The disadvantages of the known solutions include the danger of damage to the sealing ring when it is repeatedly installed in the groove and removed from the groove. In addition, the implementation of the side surfaces of the grooves for installing the sealing ring at an angle of 24 to 26 degrees to the axis of symmetry requires the use of a cutting tool with special sharpening while the sharpening angles are from 8 to 12 degrees according to GOST 13297 and 15 degrees according to GOST 18883.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемой полезной модели - является торцовое уплотнение, включающее уплотнительное кольцо, установленное в канавку, расположенную на торце одной из соединяемых деталей, причем внутренняя поверхность канавки выполнена под углом с направлением вершины конуса к основанию канавки (А.С. 655856, опубл. 05.04.1979. Бюл. №13). В поперечном сечении канавка для уплотнительного кольца представляет собой неравнобокую трапецию, у которой малое основание является донышком канавки. Уплотнительное кольцо устанавливается с натягом по внутреннему диаметру канавки. Минимальное значение тангенса угла наклона посадочной поверхности соответствует коэффициенту трения покоя. Для резиновых уплотнительных колец и стальных деталей, куда устанавливаются уплотнительные кольца, угол наклона этой поверхности к нормали, проведенной к плоскости донышка канавки, по известному решению, будет составлять примерно от 26 до 38 градусов. Вторая боковая поверхность канавки имеет расширение к наружному торцу детали под углом к нормали к плоскости донышка канавки, около 25 градусов, то есть не препятствует выпадению уплотнительного кольца. Кроме того, выполнение боковых поверхностей канавки для установки уплотнительного кольца под углом от 24 до 26 градусов требует применения режущего инструмента со специальной заточкой.The closest in the set of essential features - the prototype of the claimed utility model - is a mechanical seal including a sealing ring installed in a groove located at the end of one of the parts to be joined, the inner surface of the groove made at an angle with the direction of the top of the cone to the base of the groove (A.C. 655856, published on 04/05/1979, Bull. No. 13). In cross section, the groove for the o-ring is an unequal trapezoid, in which the small base is the bottom of the groove. The o-ring is fitted with an interference fit along the inside diameter of the groove. The minimum value of the tangent of the angle of inclination of the landing surface corresponds to the coefficient of rest friction. For rubber o-rings and steel parts where the o-rings are installed, the angle of inclination of this surface to the normal drawn to the plane of the bottom of the groove, according to a known solution, will be from about 26 to 38 degrees. The second side surface of the groove has an extension to the outer end of the part at an angle to the normal to the plane of the bottom of the groove, about 25 degrees, that is, it does not prevent the sealing ring from falling out. In addition, the implementation of the side surfaces of the grooves for installing the sealing ring at an angle of 24 to 26 degrees requires the use of a cutting tool with special sharpening.

К недостаткам известного решения относится то, что, для извлечения уплотнительного кольца из канавки, находящегося в канавке в растянутом состоянии, его нужно дополнительно растянуть. Это не только требует специального слесарного инструмента, но может приводить к повреждению уплотнительного кольца.The disadvantages of the known solutions include the fact that, to remove the sealing ring from the groove located in the groove in the extended state, it must be further stretched. This not only requires a special locksmith tool, but can damage the O-ring.

Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является устранение недостатков прототипа: создание конструкции торцового уплотнения, допускающей применение стандартного режущего инструмента, и, при необходимости, легкое извлечение уплотнительного кольца из канавки без его повреждения.The technical problem to which the proposed utility model is aimed is to eliminate the disadvantages of the prototype: creating a mechanical seal design that allows the use of a standard cutting tool, and, if necessary, easily removing the sealing ring from the groove without damaging it.

Поставленная задача решается за счет применения формы и размеров конструктивных элементов канавки для установки уплотнительного кольца, выполняемых стандартным режущим инструментом, а также за счет изменения схемы нагружения уплотнительного кольца при его установке в канавку и извлечении из канавки, и величины суммарного натяга в сопряжении «уплотнительное кольцо-канавка».The problem is solved by applying the shape and size of the structural elements of the grooves for installing the sealing ring, performed by a standard cutting tool, as well as by changing the loading pattern of the sealing ring when it is installed in the groove and removed from the groove, and the value of the total interference in the joint “sealing ring -groove".

Новизной в торцовом уплотнении, предлагаемом в качестве настоящей полезной модели, является форма и соотношение размеров канавки для установки уплотнительного кольца.The novelty in the mechanical seal offered as a real utility model is the shape and aspect ratio of the grooves for installing the sealing ring.

Указанные признаки являются новыми, существенными, неочевидными и промышленно выполнимыми и направлены на решение поставленной полезной моделью технической задачи.These signs are new, significant, non-obvious and industrially feasible and are aimed at solving the technical problem posed by a useful model.

Конструкция торцового уплотнения, предлагаемого в соответствии с заявляемой полезной моделью, поясняется чертежом (фиг. 1). Торцовое уплотнение включает уплотнительное кольцо 2, установленное в канавку 11, выполненную на торце детали 1 симметрично относительно оси 12. соединяемых деталей, где позициями обозначены детали 1 и 3, стык между которыми требуется уплотнить, уплотнительное кольцо 2, установленное в канавку 11, выполненную на торце детали 1 симметрично относительно оси 12, расположенной по нормали к плоскости донышка канавки 11.The design of the mechanical seal, proposed in accordance with the claimed utility model, is illustrated in the drawing (Fig. 1). The mechanical seal includes a sealing ring 2 installed in the groove 11, made at the end of the part 1 symmetrically with respect to the axis 12. of the parts to be joined, where items 1 and 3 are indicated by the numbers, the joint between which is to be sealed, the sealing ring 2 installed in the groove 11, made on the end of the part 1 is symmetrical about the axis 12, located normal to the plane of the bottom of the groove 11.

Канавка 11 имеет в поперечном сечении форму равнобокой трапеции, расширяющейся от уплотняемого торца 13 детали 1 в глубину - в сторону донышка канавки 11. Угол наклона боковой поверхности 111 канавки 11 к оси 12 составляет от 7 до 15 градусов, предпочтительно - 10 градусов, что позволяет использовать стандартный режущий инструмент.The groove 11 has a cross-sectional shape in the form of an isosceles trapezoid, expanding from the sealing end 13 of the part 1 in depth - towards the bottom of the groove 11. The angle of inclination of the side surface 111 of the groove 11 to the axis 12 is from 7 to 15 degrees, preferably 10 degrees, which allows use a standard cutting tool.

Глубина канавки 11 составляет от 0,75 до 0,77 от диаметра поперечного сечения уплотнительного кольца. Кромки, образованные сопряжениями поверхности 111 канавки 12 с донышком 112 канавки 12 и поверхностью 13 уплотняемого торца детали 1, скруглены радиусами 113 и 114, соответственно. Радиусы скруглений 113 и 114 составляют от 0,1 до 0,2 мм и могут выполняться равными по величине.The depth of the groove 11 is from 0.75 to 0.77 of the diameter of the cross section of the sealing ring. The edges formed by mating the surface 111 of the groove 12 with the bottom 112 of the groove 12 and the surface 13 of the sealed end of the part 1 are rounded with radii 113 and 114, respectively. The radii of fillets 113 and 114 are from 0.1 to 0.2 mm and can be made equal in magnitude.

Наименьшая ширина канавки 11 в зоне скругления 114 составляет от 0,93 до 0,96 от наибольшей ширины канавки 11 в зоне скругления 113 и от 0,945 до 0,955 от наружного диаметра уплотнительного кольца, которое требуется установить в канавку 11. Указанное соотношение получено на основании многочисленных экспериментальных работ, проведенных авторами, и является оптимальным для сочетания конструктивных параметров, приведенных выше.The smallest width of the groove 11 in the fillet zone 114 is from 0.93 to 0.96 of the largest width of the groove 11 in the fillet zone 113 and from 0.945 to 0.955 of the outer diameter of the o-ring, which must be installed in the groove 11. The specified ratio is obtained on the basis of numerous experimental work carried out by the authors, and is optimal for a combination of design parameters given above.

Торцовое уплотнение работает следующим образом.Mechanical seal operates as follows.

В канавку 11, выполненную в детали 1, при сборке устанавливают с натягом по наружном диаметру уплотнительное кольцо 2. Форма канавки 12 препятствует самопроизвольному выпадению уплотнительного кольца 2 без применения дополнительных стопорящих деталей средств. После установки уплотнительного кольца 2 деталь 1 соединяют с деталью 3 до соприкосновения уплотняемых торцов 13 и 31 и фиксируют их заданным способом. За счет того, что натяг возникает только по наружному диаметру уплотнительного кольца 2, а также за счет оптимального сочетания размеров конструктивных элементов канавки 11, величина натяга оптимизирована: не превышает необходимое значение для создания надежного торцового уплотнения и позволяет извлекать уплотнительное кольцо 2 из канавки 11 без повреждений.In the groove 11, made in the part 1, during assembly, an o-ring 2 is fitted with an interference fit on the outer diameter. The shape of the groove 12 prevents the o-ring 2 from falling out without the use of additional locking means. After installing the sealing ring 2, part 1 is connected to part 3 until the sealed ends 13 and 31 come in contact and fixed in a predetermined manner. Due to the fact that the interference occurs only in the outer diameter of the sealing ring 2, and also due to the optimal combination of the dimensions of the structural elements of the groove 11, the interference value is optimized: it does not exceed the required value to create a reliable mechanical seal and allows you to remove the sealing ring 2 from the groove 11 without damage.

Для извлечения уплотнительного кольца 2 из канавки 11 достаточно создать его местную деформацию в направлении оси 12. При этом не требуется растяжение уплотнительного кольца 2 и, соответственно, не возникает опасность его повреждения (разрыва). Это обеспечивает возможность многократной установки-извлечения уплотнительного кольца 12 при сборке.To remove the sealing ring 2 from the groove 11, it is enough to create its local deformation in the direction of the axis 12. In this case, the extension of the sealing ring 2 is not required and, accordingly, there is no danger of its damage (rupture). This provides the possibility of multiple installation-removal of the sealing ring 12 during assembly.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение технологичности конструкции торцового уплотнения за счет обеспечения возможности применения стандартного режущего инструмента при обработке канавки для установки уплотнительного кольца, и обеспечение возможности многократной установки-извлечения уплотнительного кольца при сборке.The technical result of the proposed utility model is to increase the manufacturability of the mechanical seal design by making it possible to use a standard cutting tool when machining a groove for installing an o-ring, and by allowing multiple installation-removal of the o-ring during assembly.

Предлагаемая конструкция торцового уплотнения внедрена на Алтайском заводе прецизионных изделий.The proposed design of the mechanical seal was introduced at the Altai precision products factory.

Claims

A mechanical seal comprising a sealing ring installed in a groove having a trapezoidal shape in its cross section and made at the end of one of the parts to be joined, characterized in that the groove for installing the sealing ring has a cross-sectional shape in the cross section that extends from the sealing end to the depth , the angle of inclination of the lateral surface of the groove to the axis normal to the plane of the bottom of the groove is from 7 to 15 degrees, the depth of the groove is from 0.75 to 0.77 of the diameter transversely section of the sealing ring, the edges formed by the mates of the side surface of the groove with the bottom of the groove and the surface of the sealing end face are rounded with radii from 0.1 to 0.2 mm, the smallest groove width is from 0.93 to 0.96 of the largest groove width and from 0.945 to 0.955 of the outer diameter of the o-ring to be installed.