RU2168087C2

RU2168087C2 - Hydrodynamic end seal

Info

Publication number: RU2168087C2
Application number: RU98122519A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Голубев; Г.С. Дюжев; Е.В. Маркина; Ю.А. Плохов
Priority date: 1998-12-10
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 2001-05-27

Abstract

FIELD: engineering. SUBSTANCE: end seal may be used in sealing devices of machine shafts. System of cavities in end seal is formed by through axial arbitrary-shape channels in circular insert. Insert is mounted for axial displacement in dead-end circular groove made on adjacent end of one of rings. In this case, insert is spring-loaded relative to groove bottom by means of flexible member, for example, by one or several compression springs. The invention makes it possible to enhance reliability and durability of seal by elimination of dependence of effect of friction surface hydrodynamic lubrication from surface wear in process of operation. EFFECT: enhanced efficiency. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области техники, а именно к уплотнительным устройствам валов машин, конкретно к гидродинамическим торцовым уплотнениям. The invention relates to the field of technology, namely to sealing devices of machine shafts, specifically to hydrodynamic mechanical seals.

Известно, что система микроканалов, выполненная на поверхности трения, улучшает условия смазки контактирующих поверхностей (см. Снеговский Ф.П., Виниченко И. В. Проблемы трения и износа, Киев, 1980, N 18, с. 86-89) и, в частности, улучшает гидродинамический режим работы торцового уплотнения (см. Analysis of face seal with shreaded рockets. "Trans. ASME, J. Lubric. Technol.", 1982, v. 104, N 2, p. 262-270). It is known that the system of microchannels made on the friction surface improves the lubrication conditions of the contacting surfaces (see Snegovsky F.P., Vinichenko I.V. Problems of friction and wear, Kiev, 1980, No. 18, pp. 86-89) and, in particular, it improves the hydrodynamic behavior of the mechanical seal (see Analysis of face seal with shreaded pockets. "Trans. ASME, J. Lubric. Technol.", 1982, v. 104, No. 2, p. 262-270).

Известны гидродинамические торцовые уплотнения с выполненными на торце одного из колец пары трения канавками различной конфигураций и размеров, глубины впадин и пр. (см. Голубев Г.А., Кукин Г.М., Лазарев Г.Е.,Чичинадзе А. В. Контактные уплотнения вращающихся валов. М.: Машиностроение, 1976, с. 200, рис. 115, с. 201, рис. 116). Known hydrodynamic mechanical seals with grooves made at the end of one of the rings of a friction pair of various configurations and sizes, depths of depressions, etc. (see Golubev G.A., Kukin G.M., Lazarev G.E., Chichinadze A.V. Contact Seals of Rotating Shafts, Moscow: Mashinostroenie, 1976, p. 200, fig. 115, p. 201, fig. 116).

Недостатком указанных торцовых уплотнений является изменение эффекта гидродинамического смазывания зоны трения в процессе работы вследствие износа торцов колец и искажения геометрических характеристик канавок (вплоть до полного исчезновения канавок при значительном износе), что может наблюдаться при длительной работе, при переходных режимах работы машины, при наличии абразивной среды и т.д. The disadvantage of these mechanical seals is the change in the effect of hydrodynamic lubrication of the friction zone during operation due to wear of the ends of the rings and distortion of the geometric characteristics of the grooves (up to the complete disappearance of the grooves with significant wear), which can be observed during prolonged operation, during transient operation of the machine, in the presence of abrasive environment etc.

Известно торцовое уплотнение (см. авт. св. N 777300, кл. F 16 J 15/34, заявл. 19.01.76, з. N 2322561, опубл. 07.11.80), рассматриваемое в качестве прототипа, содержащее вращающееся и невращающееся кольца, установленные на валу и в корпусе, упругие элементы, обеспечивающие контактирование колец, и вторичные уплотнения, в котором на подвижном кольце выполнен замкнутый кольцевой микрорельеф в виде выемок. A mechanical seal is known (see ed. St. N 777300, class F 16 J 15/34, decl. 19.01.76, z. N 2322561, publ. 07.11.80), considered as a prototype, containing rotating and non-rotating rings mounted on the shaft and in the housing, elastic elements for contacting the rings, and secondary seals, in which a closed annular microrelief in the form of recesses is made on the movable ring.

Торцовое уплотнение имеет тот же недостаток: износ торцов приводит к изменению геометрии выемок, к снижению гидродинамического эффекта. The mechanical seal has the same drawback: wear of the ends leads to a change in the geometry of the notches, to a decrease in the hydrodynamic effect.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка гидродинамического торцового уплотнения, для которого эффект гидродинамического смазывания поверхностей трения не зависит от их износа в процессе эксплуатации,
Технический результат от использования предлагаемого устройства заключается в повышении надежности и долговечности уплотнения.The technical problem to which the invention is directed is the development of a hydrodynamic mechanical seal, for which the effect of hydrodynamic lubrication of the friction surfaces does not depend on their wear during operation,
The technical result from the use of the proposed device is to increase the reliability and durability of the seal.

Средство достижения указанного технического результата состоит в том, что в известном гидродинамическом торцовом уплотнении, включающем пару трения, образованную вращающимся и невращающимся кольцами, установленными соответственно на валу и в корпусе, упругий элемент, обеспечивающий контактирование колец смежными торцами, вторичные уплотнения, а также выполненную на торце одного из колец систему каверн, образующую кольцевой микрорельеф, система каверн образована сквозными осевыми каналами произвольного профиля в кольцевом вкладыше, размещенном с возможностью осевого перемещения в глухой кольцевой канавке, выполненной на торце одного из колец, при этом вкладыш подпружинен относительно днища канавки посредством упругого элемента, например пружины сжатия, одной или нескольких. The means of achieving the indicated technical result consists in the fact that in the known hydrodynamic mechanical seal, including a friction pair formed by rotating and non-rotating rings mounted respectively on the shaft and in the housing, an elastic element that provides contacting of the rings with adjacent ends, secondary seals, and also made on the end of one of the rings, the cavity system, forming an annular microrelief, the cavity system is formed by through axial channels of arbitrary profile in the annular liner, placed with the possibility of axial movement in a blind annular groove made at the end of one of the rings, while the liner is spring loaded relative to the bottom of the groove by means of an elastic element, such as a compression spring, one or more.

Существо конструкции поясняется фиг. 1 (продольный разрез) и фиг. 2, 3, 4 (сечение по А-А на фиг. 1). The essence of the construction is illustrated in FIG. 1 (longitudinal section) and FIG. 2, 3, 4 (section along AA in FIG. 1).

Устройство состоит из корпуса 1 и вала 2. Торцовая пара трения образована невращающимся кольцом 3, зафиксированным от поворота штифтом 4 и герметизированное в корпусе 1 вторичным уплотнением 5, например резиновым кольцом, и вращающимся кольцом 6 на валу 2 с вторичным уплотнением 7, например прокладкой. Взаимное поджатие колец 5 и 6 обеспечивается пружиной 8 сжатия (одной или несколькими) с упором в корпус. В торце одного из колец, например вращающегося кольца 6, выполнена глухая кольцевая канавка 9, в которой установлен с возможностью осевого перемещения кольцевой вкладыш 10, в котором выполнены вдоль окружности сквозные осевые каналы 11. Вкладыш 10 подпружинен относительно днища 12 упругим элементом 13, например пружиной сжатия, одной или несколькими. На фиг. 2, 3, 4 показаны варианты исполнения осевых каналов 11 во вкладыше 10. Каналы 11 могут иметь произвольную форму. На фиг. 2 вкладыш 10 изображен в виде гофрированного тонкостенного кольца, на фиг. 3 каналы 11 образованы выемками между радиальными выступами 14 на наружной поверхности вкладыша 10, на фиг. 4 каналы 11 образованы сквозными отверстиями во вкладыше 10. Каналы 11 образуют кольцевую систему каверн во вкладыше 10, каналы 11 могут быть выполнены с наклоном в направлении вращения вала 2 или в обратном направлении. The device consists of a housing 1 and a shaft 2. An end friction pair is formed by a non-rotating ring 3, a pin 4 fixed against rotation and sealed in the housing 1 by a secondary seal 5, for example, a rubber ring, and a rotating ring 6 on the shaft 2 with a secondary seal 7, for example, a gasket. The mutual preloading of the rings 5 and 6 is provided by a compression spring 8 (one or more) with an emphasis in the housing. At the end of one of the rings, for example, a rotating ring 6, a blind annular groove 9 is made, in which an axial insert 10 is mounted for axial movement, in which axial passages 11 are made along the circumference. The insert 10 is spring loaded relative to the bottom 12 by an elastic element 13, for example, a spring compression, one or more. In FIG. 2, 3, 4, embodiments of the axial channels 11 in the insert 10 are shown. The channels 11 can be of arbitrary shape. In FIG. 2, the insert 10 is depicted as a corrugated thin-walled ring, in FIG. 3, the channels 11 are formed by recesses between the radial protrusions 14 on the outer surface of the insert 10, in FIG. 4, the channels 11 are formed through holes in the liner 10. The channels 11 form an annular cavern system in the liner 10, the channels 11 can be made with an inclination in the direction of rotation of the shaft 2 or in the opposite direction.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Вкладыш 10 с расположенными вдоль окружности сквозными каналами 11, образующими систему каверн, размещенный в канавке 9 относительно кольца 6 и подпружиненный упругим элементом 13 относительно днища 12 канавки 9, контактирует с кольцом 3 и обеспечивает при вращении возникновение гидродинамического эффекта. Появляющаяся в зоне трения колец 3 и 6 пленка рабочей жидкости снижает трение, повышает работоспособность уплотнения. При наличии износа колец 3 и 6 под действием упругого элемента 13 вкладыш 10 выдвигается из канавки 9 и при любом износе колец 3 и 6 продолжает контактировать с кольцом 3 с сохранением (воспроизведением) профиля поперечного сечения вкладыша 10, так как профиль каналов 11 одинаков вдоль оси вкладыша. The insert 10 with the through channels 11 located along the circumference, forming a cavern system, located in the groove 9 relative to the ring 6 and spring-loaded by the elastic element 13 relative to the bottom 12 of the groove 9, contacts the ring 3 and provides a hydrodynamic effect during rotation. A film of the working fluid that appears in the friction zone of rings 3 and 6 reduces friction and increases the performance of the seal. If there is wear of the rings 3 and 6 under the action of the elastic element 13, the liner 10 extends from the groove 9 and, for any wear of the rings 3 and 6, continues to contact the ring 3 while maintaining (reproducing) the cross-sectional profile of the liner 10, since the profile of the channels 11 is the same along the axis liner.

Таким образом предлагаемое устройство обеспечивает повышение надежности и долговечности уплотнения при наличии износа колец 3 и 6 в процессе эксплуатации. Thus, the proposed device provides increased reliability and durability of the seal in the presence of wear of the rings 3 and 6 during operation.

В качестве примера возможного применения предлагаемого устройства можно указать использование его в агрегатах, работающих при переменных режимах вращения, высоких оборотах вала (20000... 30000 об/мин), при среднем контактном давлении более 0,2 мПа и др. As an example of the possible application of the proposed device, you can specify its use in units operating under variable rotation conditions, high shaft revolutions (20,000 ... 30,000 rpm), with an average contact pressure of more than 0.2 MPa, etc.

Устройство не представляет технических и технологических трудностей для изготовления известными приемами металлообработки. The device does not represent technical and technological difficulties for the manufacture of known metalworking techniques.

Claims

Hydrodynamic mechanical seal, including a friction pair formed by rotating and non-rotating rings mounted respectively on the shaft and in the housing, an elastic element that provides contacting of the rings with adjacent ends, secondary seals, as well as a cavity system made on the end of one of the rings, forming an annular microrelief, different the fact that the cavern system is formed by through axial channels of an arbitrary profile in an annular liner placed with the possibility of axial movement in a blind ring a groove made at the end of one of the rings, while the liner is spring loaded relative to the bottom of the groove by means of an elastic element, such as a compression spring, one or more.