RU2072460C1

RU2072460C1 - Modular end face sealing

Info

Publication number: RU2072460C1
Application number: RU94021672A
Authority: RU
Inventors: Е.И. Прохоров; И.И. Жучков; В.В. Гладков; В.И. Костин; В.Г. Ходыкин
Original assignee: ОКБ машиностроения
Priority date: 1994-06-08
Filing date: 1994-06-08
Publication date: 1997-01-27

Abstract

FIELD: sealing engineering. SUBSTANCE: supporting collar is made on a distant bushing. One end face of the centering race is made so that the supporting ring collar embraces the collar with a spaced relation. The opposite end face embraces the collar for permitting a contact with nonoperative end face of the movable friction ring. The rubber collar is made up as a cap L-shaped in the cross-section. The bottom portion of the cap is compressed between the distant bushing and projection on the shaft. The cylindrical portion is fitted with interference on the centering race and in the movable friction ring. The surface of the contact between the centering race and movable friction ring may be spherical. EFFECT: enhanced reliability. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к торцовым уплотнениям вращающихся валов роторных машин. Торцовые уплотнения обеспечивают высокую герметичность вращающихся валов центробежных насосов, эмульсоров и т. д. Торцовые уплотнения могут работать при рабочем давлении герметизируемой среды до 20 МПа, скорости скольжения до 200 м/c и при температуре выше 500 К. The invention relates to mechanical engineering, in particular to mechanical seals of rotating shafts of rotary machines. Mechanical seals provide high tightness of the rotating shafts of centrifugal pumps, emulsifiers, etc. Mechanical seals can operate at a working pressure of the medium to be sealed up to 20 MPa, sliding speed up to 200 m / s and at temperatures above 500 K.

С увеличением степени ответственности торцового уплотнения и усложнением условий работы возникает необходимость разработки специальных конструкций уплотнений модульного исполнения, т. е. объединение деталей торцового уплотнения в единую сборочную единицу, что позволяет упростить его монтаж в сложных эксплуатационных условиях. With an increase in the degree of responsibility of the mechanical seal and the complication of working conditions, there is a need to develop special designs of seals of modular design, i.e., combining the mechanical seal parts into a single assembly unit, which makes it easier to install it in difficult operating conditions.

Известно торцовое уплотнение модульного исполнения, содержащее подвижное и неподвижное кольца трения, устройство для передачи крутящего момента, центрирующего обойму, подпружиненную относительно бурта опорного, выполненном на распорной втулке, которая размещена на валу, вторичное уплотнение в виде резинового кольца круглого сечения. Подвижное кольцо трения запрессовано в центрирующую обойму, а с противоположного торца центрирующая обойма охватывает бурт опорный и опирается на него через резиновое кольцо (Кононенко А. П. Уплотнительные устройства машин и машиностроительного оборудования. М. Машиностроение, 1984, с. 57, рис. 41). Known mechanical seal modular design, containing a movable and fixed friction ring, a device for transmitting torque, centering the cage, spring-loaded relative to the support shoulder, made on the spacer sleeve, which is placed on the shaft, the secondary seal in the form of a rubber ring of circular cross-section. The movable friction ring is pressed into the centering cage, and from the opposite end the centering cage covers the support collar and rests on it through the rubber ring (A. Kononenko, P. Sealing devices of machines and machine-building equipment. M. Mechanical Engineering, 1984, p. 57, Fig. 41 )

Недостатками данного торцового уплотнения являются силовые и температурные напряжения вызванные различием линейных расширений центрирующей обоймы и запрессованного в него кольца трения, приводящие к искажению плоскостности уплотнительных поверхностей и разгерметизации уплотнения. The disadvantages of this mechanical seal are power and temperature stresses caused by the difference in the linear extensions of the centering cage and the friction ring pressed into it, leading to distortion of the flatness of the sealing surfaces and depressurization of the seal.

Известно торцовое уплотнение модульного исполнения, содержащее подвижное и неподвижное кольца трения, центрирующую обойму, подпружиненную относительно бурта упорного, выполненного на распорной втулке, размещенной на валу, вторичное уплотнение в виде резиновых колец круглого сечения, центрирующая обойма с одного торца охватывает бурт опорный и опирается на бурт через резиновое кольцо, а с противоположной стороны охватывает кольцо трения через резиновое кольцо (заявка Великобритании N 1447569, кл. F 16 J 15/00, 1976). A mechanical seal of modular design is known, containing a movable and fixed friction ring, a centering cage, spring-loaded relative to a thrust collar made on a spacer sleeve placed on the shaft, a secondary seal in the form of rubber rings of circular cross section, a centering cage from one end covers the support collar and rests on a collar through a rubber ring, and on the opposite side covers a friction ring through a rubber ring (UK application N 1447569, CL F 16 J 15/00, 1976).

Недостатком данного торцового уплотнения является повышенное трение между резиновым кольцом и центрирующей обоймой, которая препятствует осевым перемещениям центрирующей обоймы по бурту опорному при износе колец трения, а также возможность проскальзывания подвижного кольца трения относительно центрирующей обоймы при повышенном моменте трения между кольцами трения. The disadvantage of this mechanical seal is increased friction between the rubber ring and the centering cage, which prevents axial movements of the centering cage along the support collar during wear of the friction rings, as well as the possibility of slipping of the moving friction ring relative to the centering cage with an increased moment of friction between the friction rings.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является торцовое уплотнение модульного исполнения, содержащее подвижное и неподвижное кольца трения, устройство для передачи крутящего момента от кольца трения, центрирующую обойму, подпружиненную относительно бурта опорного, распорную втулку, размещенную на валу, вторичное уплотнение в виде резинового сильфона, охватывающего часть центрирующей обоймы, неподвижное кольцо трения и опорный бурт (Голубев А. И. Справочник "Уплотнения и уплотнительная техника". М. Машиностроение, 1986, с. 331, рис. 9.37). Closest to the invention in technical essence and the achieved result is a mechanical seal of modular design, containing a movable and fixed friction ring, a device for transmitting torque from the friction ring, a centering cage, spring-loaded relative to the support collar, a spacer sleeve located on the shaft, a secondary seal in in the form of a rubber bellows, covering part of the centering cage, a fixed friction ring and a supporting collar (A. Golubev) Seals and sealing techniques ka. "M. Mechanical Engineering, 1986, p. 331, Fig. 9.37).

Недостатком данного уплотнения является силовые и температурные деформации колец трения от их запрессовки в металлические обоймы, а также недостаточная подвижность упругоустановленного кольца трения в осевом и угловом направлениях при передаче момента трения через штифты от центрирующей обоймы на упорный бурт при износе штифтов и как следствие разгерметизация уплотнения. The disadvantage of this seal is the force and temperature deformations of the friction rings from being pressed into metal cages, as well as the insufficient mobility of the elastically mounted friction rings in the axial and angular directions when transmitting the friction moment through the pins from the centering cage to the thrust collar during wear of the pins and, as a result, the seal is depressurized.

Цель изобретения повышение надежности уплотнения за счет исключения силовых и температурных напряжений от запрессовки и увеличение подвижности упругоустановленного кольца трения. The purpose of the invention is to increase the reliability of the seal by eliminating the power and temperature stresses from pressing in and increasing the mobility of the elastically mounted friction ring.

Цель достигается тем, что бурт опорный выполнен на распорной втулке, центрирующая обойма с одного торца выполнена охватывающей с зазором бурт опорный кольцевым пояском, а противоположным торцом с возможностью свободного контакта с нерабочим торцом подвижного кольца трения, резиновая манжета выполнена в виде колпачка с L-образным профилем поперечного сечения, причем донная часть колпачка сжата между распорной втулкой и выступом вала, а цилиндрическая с натягом расположена на центрирующей обойме и подвижном кольце трения. The goal is achieved by the fact that the support shoulder is made on the spacer sleeve, the centering cage from one end is made covering the support with a gap by the support ring ring, and the opposite end with the possibility of free contact with the non-working end of the movable friction ring, the rubber cuff is made in the form of a cap with an L-shaped a cross-sectional profile, the bottom part of the cap being compressed between the spacer sleeve and the shaft protrusion, and the cylindrical one with an interference fit is located on the centering cage and the movable friction ring.

Поверхность контакта между центрирующей обоймой и подвижным кольцом трения может быть выполнена сферической. На наружной поверхности центрирующей обоймы и подвижного кольца трения, в месте их контакта, могут быть выполнены фаски. The contact surface between the centering cage and the movable friction ring can be made spherical. Chamfers can be made on the outer surface of the centering cage and the rolling friction ring, at the point of contact.

Устройство для передачи крутящего момента может быть выполнено в виде полукруглых глухих пазов, расположенных на внутренней поверхности подвижного кольца трения со стороны центрирующей обоймы, напротив которых в распорной втулке выполнены продольные пазы V-образного профиля, и роликов, размещенных параллельно оси торцового уплотнения, в гнездах образованных пазами в подвижном кольце трения и распорной втулке, а также торцом центрирующей обоймы. The device for transmitting torque can be made in the form of semicircular blind grooves located on the inner surface of the movable friction ring on the side of the centering ring, opposite which longitudinal grooves of the V-shaped profile are made in the spacer sleeve, and rollers placed parallel to the axis of the mechanical seal in the sockets formed by the grooves in the movable friction ring and the spacer sleeve, as well as the end face of the centering cage.

На фиг. 1 показан общий вид торцового уплотнения модульного исполнения, поперечное сечение; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a General view of the mechanical seal modular design, cross section; in FIG. 2, section AA in FIG. one.

Торцовое уплотнение модульного исполнения содержит подвижное кольцо трения 1 и неподвижное кольцо трения 2. Неподвижное кольцо трения 2 установлено в корпусе 3. На рабочем торце кольца 2 выполнена канавка 4, которая через отверстие 5 сообщается с отверстием 6 в корпусе 3. Кольцо 2 установлено герметично в корпусе 3 и удерживается от проворота штифтом 7. На вращающемся валу 8 размещена распорная втулка 9 сжатая между буртом 10 вала 8 и буртом 11, образованном рабочим органом, закрепленном на валу при помощи шпонки 12 и винта 13. На распорной втулке 9 размещен бурт опорный 14. Распорную втулку охватывает центрирующая обойма 15, которая опирается на распорную втулку узким кольцевым пояском 16 и имеет возможность без трения перемещаться относительно бурта опорного 14. Противоположным торцом 17 центрирующая обойма 15 свободно контактирует (контактирует с возможностью взаимного перемещения) с нерабочим торцем подвижного кольца трения 1. The mechanical seal of modular design contains a movable friction ring 1 and a fixed friction ring 2. A fixed friction ring 2 is installed in the housing 3. A groove 4 is made on the working end of the ring 2, which communicates through the hole 5 with the hole 6 in the housing 3. Ring 2 is sealed in the housing 3 and is kept from turning by the pin 7. On the rotating shaft 8 there is a spacer sleeve 9 compressed between the shoulder 10 of the shaft 8 and the shoulder 11 formed by the working body, mounted on the shaft with a key 12 and a screw 13. On the spacer sleeve 9 size There is also a supporting collar 14. The spacer sleeve is covered by a centering collar 15, which is supported by a narrow annular ring 16 and is able to move without friction relative to the collar of the support 14. With the opposite end 17, the centering collar 15 freely contacts (contacts with the possibility of mutual displacement) with a non-working end rolling friction ring 1.

Поверхность контакта выполнена в виде сферы 18. На наружной поверхности центрирующей обоймы 15 и подвижного кольца трения выполнены фаски 19. The contact surface is made in the form of a sphere 18. On the outer surface of the centering cage 15 and the movable friction ring, bevels 19 are made.

Между буртом опорным 14 и центрирующей обоймой размещена пружина 20. Вторичное уплотнение представляет собой резиновую манжету выполненную в виде колпачка 21. В свободном состоянии колпачок 21 имеет L-образный профиль поперечного сечения. Донная часть 22 колпачка сжата между рабочим органом 11 и распорной втулкой 9, а цилиндрическая часть 23 с натягом одета на центрирующую обойму 15 и подвижное кольцо трения 1. На внутренней поверхности подвижного кольца со стороны центрирующей обоймы выполнены полукруглые глухие пазы 24. Напротив пазов 24 в распорной втулке 9 выполнены продольные пазы 25 V-образного профиля. В гнездах, образованных пазами 24, 25 и торцом 17 центрирующей обоймы размещены ролики 26, расположенные параллельно оси торцового уплотнения. A spring 20 is placed between the support shoulder 14 and the centering cage. The secondary seal is a rubber cuff made in the form of a cap 21. In the free state, the cap 21 has an L-shaped cross-sectional profile. The bottom part 22 of the cap is compressed between the working body 11 and the spacer sleeve 9, and the cylindrical part 23 is tightened on the centering yoke 15 and the movable friction ring 1. On the inner surface of the movable ring from the centering yoke there are semicircular blind grooves 24. Opposite the grooves 24 in spacer sleeve 9 made longitudinal grooves 25 of the V-shaped profile. In the nests formed by the grooves 24, 25 and the end face 17 of the centering cage, rollers 26 are placed parallel to the axis of the mechanical seal.

Подвижное кольцо трения 1 и неподвижное кольцо трения 2 образуют уплотнительный стык 27, кольца трения выполнены из антифрикционного материала. Торцовое уплотнение размещено во внутренней полости 28 корпуса 3. The movable friction ring 1 and the stationary friction ring 2 form a sealing joint 27, the friction rings are made of antifriction material. The mechanical seal is located in the inner cavity 28 of the housing 3.

Торцовое уплотнение модульного исполнения работает следующим образом. Mechanical seal modular works as follows.

При вращении вала 8 между кольцами трения 1, 2 в стыке 27 образуется уплотнительный контакт, предотвращающий или ограничивающий выход рабочей среды под высоким давлением из полости 28 корпуса 3. When the shaft 8 rotates between the friction rings 1, 2, a sealing contact is formed at the junction 27, which prevents or restricts the output of the working medium under high pressure from the cavity 28 of the housing 3.

Гидростатические силы и температурный градиент, приводят к деформации корпусных деталей, вызывая угловой поворот их сечений относительно оси вала. Узкий кольцевой поясок 16 выполняет роль шарнира и позволяет отслеживать угловой перекос вызванный дефектами изготовления и выше указанными деформациями корпуса. Пружина сжатия 20 через торец 17 центрирующей обоймы 15 позволяют мгновенно отслеживать угол перекоса при вращающемся вале 8 и постоянно сжимать кольца трения по всей поверхности стыка 27. Вторичное уплотнение, выполненное в виде колпачка 21 обеспечивает герметичность упругоустановленного кольца трения между буртом вала 11 и распорной втулкой 9, между опорным буртом 14 и пояском 16 центрирующей обоймы 17, между поверхностями контакта центрирующей обоймы 15 и кольца трения 1. Колпачек 21 служит также для передачи крутящего момента от кольца трения 1 к распорной втулке 9 и валу 8. Величина передаваемого крутящего момента определяется маркой резины, толщиной стенок колпачка 21, а также величиной натяга на кольцо трения 1. При повышенных значениях крутящий момент от подвижного кольца трения передается роликами 26 от пазов 24 кольца трения продольным пазам 25 на втулке распорной 9. При вращении вала ролики центробежными силами устанавливаются в полукруглых пазах 24 диаметром равным диаметру роликов, а стенки V-образных пазов 25 расположены по касательной к окружности шарика, поэтому при передаче крутящего момента сохраняется подвижность подвижного кольца трения 1. Hydrostatic forces and the temperature gradient lead to deformation of the body parts, causing an angular rotation of their sections relative to the axis of the shaft. A narrow annular belt 16 acts as a hinge and allows you to track the angular skew caused by manufacturing defects and the above-mentioned deformations of the housing. The compression spring 20 through the end face 17 of the centering cage 15 allows you to instantly monitor the skew angle with the rotating shaft 8 and constantly compress the friction rings over the entire surface of the joint 27. A secondary seal made in the form of a cap 21 ensures the tightness of the elastically mounted friction ring between the shaft shoulder 11 and the spacer sleeve 9 between the support collar 14 and the belt 16 of the centering ring 17, between the contact surfaces of the centering ring 15 and the friction ring 1. The cap 21 also serves to transmit torque from the friction ring 1 spacer sleeve 9 and shaft 8. The amount of transmitted torque is determined by the rubber grade, the wall thickness of the cap 21, as well as the amount of interference on the friction ring 1. At elevated values, the torque from the movable friction ring is transmitted by the rollers 26 from the grooves 24 of the friction ring to the longitudinal grooves 25 to spacer sleeve 9. When the shaft rotates, the centrifugal rollers are installed in semicircular grooves 24 with a diameter equal to the diameter of the rollers, and the walls of the V-shaped grooves 25 are tangent to the circumference of the ball, therefore, during transmission torque, the mobility of the movable friction ring 1 is maintained.

Подвижное кольцо трения 1 сцентрировано относительно центрирующей обоймы цилиндрической частью 23 колпачка 21 и совместной с обоймой поверхностью контакта. При поверхности контакта в виде сферы 18 появляется дополнительная подвижность кольца трения, как шарнирного соединения. Фаски 19 на наружных поверхностях обоймы 15 и кольца 1 помогают повысить подвижность соединения за счет давления рабочей среды и увеличить силу контактного давления в стыке 27. В месте стыка 27 колец трения при работе происходит значительное выделение тепла. Данное исполнение торцового уплотнения позволяет отвести часть этого тепла при помощи охлаждающей жидкости. Жидкость подается в отверстие 6 в корпусе 3, через отверстие 5 попадает в канавку 4 и отводится в корпус через отверстия 5 и 6. The movable friction ring 1 is centered relative to the centering cage by the cylindrical part 23 of the cap 21 and the contact surface joint with the cage. When the contact surface in the form of a sphere 18 appears additional mobility of the friction ring, as a swivel. Chamfers 19 on the outer surfaces of the cage 15 and the ring 1 help to increase the mobility of the connection due to the pressure of the working medium and increase the force of the contact pressure at the joint 27. At the joint 27 of the friction rings, considerable heat is generated during operation. This design of the mechanical seal allows you to remove part of this heat using coolant. The fluid is fed into the hole 6 in the housing 3, through the hole 5 it enters the groove 4 and is discharged into the housing through the holes 5 and 6.

По сравнению с прототипом изобретение позволяет повысить надежность уплотнения за счет исключения силовых и температурных напряжений от запрессовки колец трения и увеличить подвижность упругоустановленного кольца трения. Compared with the prototype, the invention improves the reliability of the seal by eliminating the power and temperature stresses from pressing in the friction rings and increase the mobility of the elastically mounted friction ring.

Claims

1. The mechanical seal of modular design, containing a movable and fixed friction ring, a device for transmitting torque from the friction ring, a centering cage, spring-loaded relative to the support collar, a spacer sleeve located on the shaft, a secondary seal in the form of a rubber sleeve, characterized in that the support the collar is made on the spacer sleeve, the centering cage from one end is made covering the supporting collar with a gap with an annular belt, and the opposite end with the possibility of contact with the non-working end of the rolling friction ring, the rubber cuff is made in the form of a cap with an L-shaped cross-sectional profile, the bottom part of the cap being compressed between the spacer sleeve and the shaft protrusion, and the cylindrical one with an interference fit is located on the centering cage and the moving friction ring.

2. The seal according to claim 1, characterized in that the contact surface between the centering cage and the movable friction ring is made spherical.

3. The seal according to claim 1, characterized in that the chamfers are made on the outer surface of the centering cage and the rolling friction ring in the place of their contact.

4. The seal according to claim 1, characterized in that the device for transmitting torque is made in the form of semicircular blind grooves located on the inner surface of the movable friction ring from the centering ring, opposite which longitudinal grooves of a V-shaped profile are made in the spacer sleeve, and rollers placed parallel to the axis of the mechanical seal in the nests formed by the grooves in the movable friction ring and the spacer sleeve, as well as the end face of the centering cage.