RU2149300C1

RU2149300C1 - Sealing ring for pump shaft

Info

Publication number: RU2149300C1
Application number: RU98114880/06A
Authority: RU
Inventors: А.П. Лашицкий; А.П. Епишов; И.П. Клепцов; В.В. Авдеев; В.А. Шкиров
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ИЛЬМА"
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2000-05-20

Abstract

FIELD: sealing technology. SUBSTANCE: sealing ring is formed by winding the expanded graphite tape whose surface are embossed. These surfaces are also provided with continuous grooves along tape; grooves on one surface are located between grooves on opposite surface; depth of grooves does not exceed half thickness of tape but is no less than depth of embossing. Sealing ring is formed in closed volume at specific load ranging from 1 to 3 MPa. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области уплотнительной техники и преимущественно может быть использовано для уплотнения вала насоса. The invention relates to the field of sealing technology and can mainly be used to seal the pump shaft.

Условия эксплуатации уплотнений этого типа характеризуются высокой скоростью скольжения и высокими требованиями к герметичности. Уплотнения должны быть компактны и обладать большим ресурсом в работе. Этому комплексу требований соответствуют эластомерные радиальные манжеты с пружинами и сальниковые уплотнения. The operating conditions of this type of seal are characterized by high sliding speed and high tightness requirements. Seals should be compact and have a great resource in the work. Elastomeric radial cuffs with springs and stuffing box packing correspond to this set of requirements.

Известны эластомерные радиальные манжеты с пружинами [1] ГОСТ 8752-79. Отличительной особенностью манжет этого типа является наличие губки с уплотняющей кромкой, которая пружиной прижимается к поверхности вращающегося вала. Манжеты, как правило, изготавливаются из резины, поэтому возможности уплотнений ограничиваются свойствами резины. Known elastomeric radial cuffs with springs [1] GOST 8752-79. A distinctive feature of this type of cuffs is the presence of a sponge with a sealing lip, which is pressed against the surface of the rotating shaft by a spring. Cuffs are usually made of rubber, so the seal is limited by the properties of the rubber.

Известны сальниковые уплотнения [2], в которых используют поддающийся сжатию материал, заполняющий сальниковую камеру. При приложении к такому материалу усилия, направленного вдоль оси вала, материал сжимается и, расширяясь одновременно в радиальном направлении, прижимается к поверхности вала. Поэтому очень важно, чтобы уплотнение обладало упругими свойствами и, воспринимая незначительные радиальные движения вала, не теряло контакта с ним. Однако сальниковые набивки в процессе эксплуатации теряют эластичность и упругость, дальнейшая их подтяжка становится неэффективной. Known stuffing box seals [2], which use a compressible material filling the stuffing box. When a force is applied to such a material directed along the axis of the shaft, the material is compressed and, expanding simultaneously in the radial direction, is pressed against the surface of the shaft. Therefore, it is very important that the seal has elastic properties and, perceiving minor radial movements of the shaft, does not lose contact with it. However, the stuffing box during operation lose their elasticity and resilience, their further tightening becomes ineffective.

Поэтому перспективным является применение для уплотнения вращающегося вала уплотнений на основе расширенного графита. Известно уплотнительное кольцо для сальника[3], применяемое для уплотнения вращающихся валов. Кольцо представляет собой пакет чередующихся тонкостенных шайб из расширенного графита и металла. В радиальном сечении шайбы имеют дугообразное сечение, благодаря чему при затяжке сальника кольцо расширяется в радиальном направлении. При применении такого кольца возможно повреждение уплотняющей поверхности вала в силу наличия в конструкции уплотнительного кольца металлических шайб. Therefore, the use of expanded graphite based seals for sealing a rotating shaft is promising. A sealing ring for an oil seal [3] is known, used for sealing rotating shafts. The ring is a package of alternating thin-walled washers made of expanded graphite and metal. In the radial section, the washers have an arcuate cross-section, due to which, when the gland is tightened, the ring expands in the radial direction. When using such a ring, damage to the shaft sealing surface is possible due to the presence of metal washers in the design of the sealing ring.

Известно также уплотнительное кольцо [4], полученное путем формования под давлением в замкнутом объеме структуры, состоящей из набора тонких шайб из расширенного графита с нанесенным по торцам набора порошком из расширенного графита. Такое уплотнительное кольцо имеет высокий модуль упругости. Для обеспечения необходимого радиального контакта с уплотняемой поверхностью вала необходимо приложить к кольцу большое осевое усилие. Вследствие этого уплотнительное кольцо перестает воспринимать радиальное движение вала. A sealing ring [4] is also known, obtained by molding under pressure in a closed volume a structure consisting of a set of thin washers made of expanded graphite with a powder of expanded graphite deposited on the ends of the set. Such an o-ring has a high modulus of elasticity. To ensure the necessary radial contact with the shaft surface to be sealed, a large axial force must be applied to the ring. As a result, the o-ring ceases to perceive the radial movement of the shaft.

Известно также уплотнительное кольцо [5], образованное путем навивки гофрированной ленты из расширенного графита, причем гофры ленты расположены поперек длины ленты, а формообразование уплотнительного кольца осуществлено в сальниковой камере путем его сжатия сальниковой крышкой. При намотке ленты ее гофры накладываются друг на друга и в образовавшемся кольце полностью совпадают. Поэтому такое кольцо имеет довольно высокую жесткость. В силу этого оно не является упругим, а поэтому не может воспринимать радиальное движение вала насоса, а следовательно, не может быть использовано для уплотнения вращающегося вала. It is also known a sealing ring [5], formed by winding a corrugated tape from expanded graphite, and the corrugations of the tape are located across the length of the tape, and the formation of the sealing ring is carried out in the stuffing box by compressing the stuffing box. When the tape is wound, its corrugations overlap each other and completely coincide in the formed ring. Therefore, such a ring has a fairly high stiffness. Due to this, it is not elastic, and therefore cannot perceive the radial movement of the pump shaft, and therefore, cannot be used to seal a rotating shaft.

Наиболее близким по своей технической сущности по отношению к заявляемому изобретению является уплотнительное кольцо для вала насоса (6), образованное путем намотки ленты из расширенного графита, с нанесенным на ее поверхностях тиснением с последующим формообразованием. Благодаря наличию на поверхностях ленты тиснения ее поверхности представляют собой совокупность выступов и впадин. При намотке из такой ленты кольца между соприкасающимися между собой слоями ленты в кольце образуются пустоты. Поэтому такое кольцо является достаточно упругим и оно способно воспринимать радиальные движения вращающегося вала насоса. The closest in technical essence to the claimed invention is a sealing ring for the pump shaft (6), formed by winding a ribbon of expanded graphite, embossed on its surfaces, followed by shaping. Due to the presence on the surface of the tape, the embossing of its surface is a combination of protrusions and depressions. When winding from such a tape rings between the adjacent layers of tape in the ring voids are formed. Therefore, such a ring is sufficiently elastic and it is able to perceive the radial movements of the rotating pump shaft.

Однако было обнаружено, что кольца сальниковой камеры, образованные путем навивки ленты из расширенного графита, оказывают значительное сопротивление продольной силе, осуществляющей их сжатие в процессе формообразования. Если продольная сила превышает сопротивление таких колец, то отдельные слои такого кольца бесконтрольно разрушаются в объеме кольца и могут соскальзывать один относительно другого. В результате этого возникает неравномерность распределения уплотнительного материала в сальниковой камере, а следовательно, неравномерная плотность уплотнительного кольца в его поперечном (радиальном) сечении. Поэтому в таком уплотнительном кольце отдельные его участки, контактирующие с уплотняемой поверхностью вала, по-разному воспринимают и реагируют на радиальное движения вала, что сказывается на герметичности уплотняемого соединения. However, it was found that the rings of the stuffing box formed by winding tape made of expanded graphite show significant resistance to the longitudinal force that compresses them during shaping. If the longitudinal force exceeds the resistance of such rings, then the individual layers of such a ring uncontrollably collapse in the volume of the ring and can slip off one relative to the other. As a result of this, an uneven distribution of the sealing material in the stuffing box occurs, and therefore, the uneven density of the sealing ring in its transverse (radial) section. Therefore, in such an o-ring, its individual portions in contact with the shaft surface being sealed perceive and react differently to the radial movement of the shaft, which affects the tightness of the joint being sealed.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в обеспечении равномерной плотности уплотнительного кольца в его радиальном сечении. The technical result achieved by the claimed invention is to ensure uniform density of the sealing ring in its radial section.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать конструкцию уплотнительного кольца для вала насоса, которое обладало бы адекватной реакцией на радиальное движение вала при его вращении. The basis of the present invention was the task of developing a design of a sealing ring for the pump shaft, which would have an adequate response to the radial movement of the shaft during its rotation.

Указанная задача решается тем, что в уплотнительном кольце для вала насоса, образованном путем навивки ленты из расширенного графита с нанесенным на ее поверхностях тиснением с последующим формообразованием, согласно изобретению вдоль ленты на ее противоположных поверхностях, с нанесенным на них тиснением, выполнены непрерывные канавки, при этом канавки на каждой поверхности ленты расположены между канавками противоположной поверхности ленты, а их глубина - не более половины толщины ленты, но меньше глубины тиснения, а формообразование уплотнительного кольца осуществлено в замкнутом объеме при удельной нагрузке от 1 до 3 МПа. This problem is solved in that in the sealing ring for the pump shaft, formed by winding a ribbon of expanded graphite with embossed on its surfaces with subsequent embossing, according to the invention, continuous grooves are made along the tape on its opposite surfaces, embossed on them, with this grooves on each surface of the tape are located between the grooves of the opposite surface of the tape, and their depth is not more than half the thickness of the tape, but less than the depth of embossing, and shaping e of the sealing ring is carried out in a closed volume at a specific load of 1 to 3 MPa.

Эта задача решается также тем, что профиль дна канавок выполнен в виде части сферы. This problem is also solved by the fact that the profile of the bottom of the grooves is made as part of a sphere.

Наличие непрерывных канавок, расположенных вдоль ленты на ее поверхностях с тиснением, и их расположение на этих поверхностях заданным образом с определенной глубиной, превращает эти канавки по существу в направленные концентраторы напряжения, что исключает возможность смещения слоев навитого кольца относительно друг друга при приложении к такому кольцу осевого усилия затяжки. Благодаря этому образуется четкая наперед заданная структура деформации уплотнительного кольца. The presence of continuous grooves located along the tape on its embossed surfaces, and their location on these surfaces in a predetermined manner with a certain depth, turns these grooves into essentially directed stress concentrators, which eliminates the possibility of displacement of the layers of the wound ring relative to each other when applied to such a ring axial torque. Due to this, a clearly defined predetermined deformation structure of the sealing ring is formed.

Эти и другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут приведены ниже при рассмотрении конкретного примера выполнения уплотнительного кольца для вала насоса со ссылками на прилагаемые чертежи, где:
фиг. 1 - продольный разрез сальниковой камеры,
фиг. 2 - увеличенное радиальное сечение уплотнительного кольца,
фиг. 3 - разрез по А-А (фиг. 2).These and other features and advantages of the present invention will be given below when considering a specific example of the implementation of the sealing ring for the pump shaft with reference to the accompanying drawings, where:
FIG. 1 is a longitudinal section of a stuffing box,
FIG. 2 - enlarged radial section of the sealing ring,
FIG. 3 - section along aa (Fig. 2).

В соответствии с фиг. 1 вал 1 насоса уплотняется с помощью уплотнительных колец 2, установленных на валу 1, расположенном в сальниковой камере 3. Уплотнительные кольца 2 сжимаются в продольном направлении в сальниковой камере 3 крышкой 4 так, что они расширяются в радиальном направлении и прижимаются к поверхности вала 1. Каждое уплотнительное кольцо 2 образовано путем навивки ленты 5 из расширенного графита. Лента 5 содержит две узкие параллельные боковые кромки 6, 7 и верхнюю и нижнюю поверхности 8, 9 с нанесенным на них тиснением 10. In accordance with FIG. The pump shaft 1 is sealed with o-rings 2 mounted on a shaft 1 located in the stuffing box 3. The sealing rings 2 are compressed in the longitudinal direction in the stuffing box 3 by the cover 4 so that they expand in the radial direction and are pressed against the surface of the shaft 1. Each o-ring 2 is formed by winding tape 5 from expanded graphite. The tape 5 contains two narrow parallel side edges 6, 7 and the upper and lower surfaces 8, 9 with an embossment 10 applied on them.

На верхней и нижней поверхностях 8, 9 ленты из расширенного графита нанесены параллельные кромкам 6, 7 непрерывные канавки 11. Канавки 11 каждой поверхности 8 и 9 ленты из расширенного графита расположены между канавками противоположной поверхности. Глубина канавок 11 - не более половины толщины ленты 5, но менее глубины тиснения. Профиль дна канавок выполнен в виде части сферы, что исключает разрушение ленты 5 при нанесении на нее канавок 11. Выбранная глубина канавок 11 приводит к тому, что канавки 11 располагаются поверх тиснения 10, что практически не сказывается на увеличении плотности ленты, а поэтому при формировании уплотнительного кольца из такой ленты требуется значительно меньшее усилие для затяжки уплотнения. А сами канавки, являясь по существу направленными концентраторами напряжения, позволяют при сжатии навитой из такой ленты кольца получить четкую структуру излома ленты в виде "гармошки" при начальном формообразовании уплотнительного кольца в замкнутом объеме при удельной нагрузке от 1 до 3 МПа. При этом нижний предел удельной нагрузки - это то минимальное усилие, которое позволяет соединить (сцепить) между собой слои ленты и наметить начальную структуру излома слоев ленты по ширине кольца в виде "гармошки". Верхний предел удельной нагрузки - это то максимальное усилие, которое позволяет сохранить начальную структуру слоев ленты и обеспечивает последующую деформацию исходного кольца при затяжке уплотнения. Continuous grooves parallel to the edges 6, 7 are applied to the upper and lower surfaces 8, 9 of the expanded graphite tape. The grooves 11 of each expanded graphite tape surface 8 and 9 are located between the grooves of the opposite surface. The depth of the grooves 11 is not more than half the thickness of the tape 5, but less than the embossing depth. The profile of the bottom of the grooves is made in the form of a part of a sphere, which eliminates the destruction of the tape 5 when applying grooves 11. The selected depth of the grooves 11 leads to the fact that the grooves 11 are located on top of the embossing 10, which practically does not affect the increase in the density of the tape, and therefore when forming the sealing ring of such a tape requires significantly less force to tighten the seal. And the grooves themselves, being essentially directional stress concentrators, allow compressing a ring wound from such a tape to obtain a clear ribbon fracture structure in the form of an "accordion" during the initial shaping of the sealing ring in a closed volume at a specific load of 1 to 3 MPa. At the same time, the lower limit of the specific load is the minimum force that allows you to connect (interlock) the layers of the tape and outline the initial structure of the fracture of the tape layers along the width of the ring in the form of an "accordion". The upper limit of the specific load is the maximum force that allows you to save the initial structure of the layers of the tape and provides the subsequent deformation of the original ring when tightening the seal.

Полученное таким образом уплотнительное кольцо является исходным продуктом, которое применяется для уплотнения вала насоса. Уплотнение вала насоса осуществляют следующим образом. Установленное на валу насоса исходное кольцо имеет значительные зазоры с валом и расточкой сальниковой камеры. Затем кольцо сжимают большим усилием, порядка 10-15 МПа, после чего зазоры исчезают. Благодаря наличию деформационных линий, которые по своей сути являются направленными концентраторами напряжения, даже при приложении к такому кольцу больших усилий не происходит смещение слоев навитого кольца относительно друг друга, а образуется четкая наперед заданная структура деформации слоев навитого кольца. Благодаря этому имеет место равномерное распределение плотности по поверхности кольца, контактирующей с уплотняемой поверхностью вала насоса. Такое кольцо адекватно упруго реагирует на радиальное движение вала при его вращении. The sealing ring obtained in this way is the initial product that is used to seal the pump shaft. The seal of the pump shaft is as follows. The initial ring mounted on the pump shaft has significant gaps with the shaft and the bore of the stuffing box. Then the ring is compressed with great effort, about 10-15 MPa, after which the gaps disappear. Due to the presence of deformation lines, which are essentially directed stress concentrators, even when great effort is applied to such a ring, the layers of the wound ring do not shift relative to each other, but a clearly defined predetermined deformation structure of the layers of the wound ring is formed. Due to this, there is a uniform density distribution over the surface of the ring in contact with the sealing surface of the pump shaft. Such a ring adequately resiliently reacts to the radial movement of the shaft during its rotation.

При снятии нагрузки наружный диаметр кольца незначительно уменьшается, а внутренний - незначительно увеличивается. Образующиеся при этом зазоры достаточны для обеспечения требуемого режима трения между валом и уплотнительным кольцом. Затем устанавливают второе исходное кольцо и процесс затяжки вновь повторяют. То же самое происходит и в случае установки большего количества уплотнительных колец. Окончательное усилие затяжки пакета уплотнительных колец регулируют после пуска насоса таким образом, чтобы были минимальные (капельные) утечки для отвода тепла из зоны трения и обеспечивался бы смешанно-жидкостной режим трения. When the load is removed, the outer diameter of the ring decreases slightly, and the inner diameter increases slightly. The gaps resulting from this are sufficient to ensure the required friction between the shaft and the sealing ring. Then set the second source ring and the tightening process is repeated again. The same thing happens when more o-rings are installed. The final tightening force of the pack of o-rings is adjusted after starting the pump so that there are minimal (drip) leaks to remove heat from the friction zone and a mixed-liquid friction mode is ensured.

Источники информации
1. ГОСТ 8752-79 "Эластомерные радиальные манжеты с пружинами".Sources of information
1. GOST 8752-79 "Elastomeric radial cuffs with springs".

2. Уплотнения и уплотнительная техника.- Справочник. М.: Машиностроение, 1986 , с. 351. 2. Seals and sealing equipment. - Reference. M .: Engineering, 1986, p. 351.

3. DE N3839792, кл. F 16 J 15/26. 3. DE N3839792, cl. F 16 J 15/26.

4. акц. з-ка JP N4-65265, кл. F 16 J 15/20. 4. acc. area JP N4-65265, class F 16 J 15/20.

5. US N4068853, кл. F 16 J 15/16. 5. US N4068853, cl. F 16 J 15/16.

6. US N4157835, кл. F 16 J 15/24. 6. US N4157835, cl. F 16 J 15/24.

Claims

1. A sealing ring for the pump shaft, formed by winding a ribbon of expanded graphite with embossed on its surfaces, followed by shaping, characterized in that continuous grooves are made along the tape on its opposite surfaces with embossed on them, with grooves on each the surface of the tape is located between the grooves of the opposite surface of the tape, and their depth is not more than half the thickness of the tape, but less than the embossing depth, the formation of the sealing ring is carried out in a closed volume at a specific load of 1 - 3 MPa.

2. The sealing ring according to claim 1, characterized in that the profile of the bottom of the grooves is made as part of a sphere.