RU2627758C1

RU2627758C1 - Support-pressing unit of face shaft seal

Info

Publication number: RU2627758C1
Application number: RU2016132751A
Authority: RU
Inventors: Марат Шамсиахметович Нуриахметов; Альберт Маратович Нуриахметов; Ираида Евгеньевна Гурчина; Константин Владимирович Вьюгов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью ПК "Ремэлектропромнефть"
Priority date: 2016-08-08
Filing date: 2016-08-08
Publication date: 2017-08-11

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: assembly comprises a sleeve 1 made of elastomer with an axial through hole 2 for receiving a shaft therein. On the outer surfaces of the sleeve 1, two annular shrouds 3 and 4 are formed. At one end of the bushing 1, an annular recess 5 is provided in which a friction ring 6 is mounted. The assembly also comprises two shroud rings 7 and 8 made of metal and a compression spring 9 mounted between the shroud rings 7 and 8. The banding rings 7 and 8 are provided with gears 10 and 11, respectively. The base lines of these teeth are located on the facing ends of the shroud rings 7 and 8. Teeth 10 and 11 have the same height and are oriented parallel to the axis of the shroud rings 7 and 8 towards each other. The height of each tooth is less than the distance between the base lines of the gears 10 and 11 of the respective shroud rings 7 and 8. These gears provide a gear transmission of the rotational torque from the shroud ring 7 to the shroud ring 8 and from the shroud ring 8 to the shroud ring 7.

EFFECT: increasing the contact area of the shaft with the element directly providing a seal over the shaft, and increase the rigidity of the transfer of the torque from the shaft to the movable friction ring.

2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к торцовым уплотнениям вращающихся валов, а именно к уплотнениям между подвижными одна относительно другой поверхностями со скользящим кольцом (кольцом трения).The invention relates to mechanical seals of rotating shafts, and in particular to seals between surfaces moving with respect to one another with a sliding ring (friction ring).

Уровень техникиState of the art

Известен опорно-нажимной узел торцового уплотнения вала, включающий располагаемые на валу упорное кольцо и подвижное кольцо трения с цилиндрическими расточками, обращенными друг к другу, размещенную между ними осевую цилиндрическую пружину с поджатыми и нешлифованными крайними витками, передающую крутящий момент от упорного кольца к подвижному кольцу трения и поджимающую его к неподвижному, установленному в корпусе, а также манжеты из эластичного материала, установленные в цилиндрические расточки упорного кольца и подвижного кольца трения с возможностью взаимодействия их с последними и крайними витками осевой пружины (патент RU №2095668 С1, МПК F16J15/34, опубл. 10.11.1997).Known support-pressure node mechanical seal of the shaft, including located on the shaft thrust ring and a movable friction ring with cylindrical bores facing each other, an axial cylindrical spring located between them with pinched and unpolished end turns transmitting torque from the thrust ring to the movable ring friction and pressing it to the fixed mounted in the housing, as well as cuffs of elastic material installed in the cylindrical bores of the thrust ring and the movable ring friction with the possibility of interaction with the last and extreme turns of the axial spring (patent RU No. 2095668 C1, IPC F16J15 / 34, publ. 10.11.1997).

Признаки известного торцового уплотнения вала, являющиеся общими с заявленным узлом торцового уплотнения вала, заключаются в наличии упорного кольца, подвижного кольца трения и цилиндрической (осевой) пружины.Signs of a known mechanical shaft seal, which are common with the claimed node of the mechanical shaft seal, are the presence of a thrust ring, a movable friction ring and a cylindrical (axial) spring.

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении заявленного технического результата, заключается в том, что упомянутая пружина одновременно выполняет три функции: 1) обеспечивает поджатие подвижного кольца трения к неподвижному, 2) обеспечивает передачу крутящего момента подвижному кольцу трения от упорного кольца, 3) обеспечивает необходимую герметизацию по валу путем вдавливания манжет из эластичного материала в цилиндрические расточки упорного кольца и подвижного кольца трения за счет радиальной нагрузки, создаваемой упругосжатыми при сборке поджатыми и нешлифованными крайними витками пружины.The reason that prevents obtaining the claimed technical result in a known technical solution is that the said spring simultaneously performs three functions: 1) ensures that the movable friction ring is pressed against the stationary one, 2) provides torque transmission to the movable friction ring from the thrust ring, 3) provides the necessary sealing on the shaft by pressing the cuffs from the elastic material into the cylindrical bores of the thrust ring and the movable friction ring due to the radial load, creating emoy uprugoszhatymi during assembly and non-ground pursed outermost spring coils.

Наиболее близким известным техническим решением (прототипом) является опорно-нажимной узел торцового уплотнения вала, выполненный в виде устанавливаемых на валу ведущего и ведомого элементов и размещенной между ними осевой пружины с нешлифованными крайними витками с направлением навивки, противоположной направлению вращения вала, и поджимающей вращающееся кольцо к неподвижному, установленному в корпусе, при этом поверхности ведущего и ведомого элементов, обращенные к осевой пружине, выполнены в виде прямого геликоида с шагом, соответствующим шагу навивки крайних витков, и сопряжены с последним (см. описание изобретения к патенту RU №2098705 С1, МПК F16J15/34, опубл. 10.12.1997).The closest known technical solution (prototype) is the support-pressure unit of the mechanical seal of the shaft, made in the form installed on the shaft of the driving and driven elements and placed between them axial springs with unpolished end turns with the direction of winding opposite to the direction of rotation of the shaft, and compresses the rotating ring to a fixed mounted in the housing, while the surfaces of the leading and driven elements facing the axial spring are made in the form of a direct helicoid with a step, respectively stvuyuschim step of winding end turns, and with the latter conjugate (see. patent specification RU №2098705 C1, IPC F16J15 / 34, publ. 10.12.1997).

Признаки известного узла, являющиеся общими с заявленным техническим решением, заключаются в наличии ведущего и ведомого элементов (т.е. металлических бандажных колец в терминах заявленного технического решения) и размещенной между ними осевой (цилиндрической) пружины.Signs of a known assembly that are common with the claimed technical solution are the presence of the leading and driven elements (i.e., metal retaining rings in terms of the claimed technical solution) and an axial (cylindrical) spring placed between them.

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении заявленного технического результата, заключается прежде всего в том, что вращательный момент от ведущего элемента, жестко связанного с валом, к ведомому элементу передается через пружину, известные упругие свойства которой не обеспечивают жесткость передачи указанного вращательного момента, особенно необходимую в переходные моменты старта и остановки вращения вала. В эти переходные моменты из-за мягкости пружинной передачи вращательного момента имеет место отставание поворота ведомого элемента по отношению к ведущему элементу, и, как следствие, прокручивание уплотнительного элемента относительно вала, обусловливающее его быстрый износ.The reason that prevents obtaining the claimed technical result in a known technical solution is primarily because the rotational moment is transmitted from the driving element rigidly connected to the shaft to the driven element through a spring, the known elastic properties of which do not provide the rigidity of transmission of the specified rotational moment, especially necessary at transitional moments of starting and stopping shaft rotation. At these transitional moments, due to the softness of the spring transmission of the torque, there is a lag in the rotation of the driven element with respect to the driving element, and, as a result, the sealing element rotates relative to the shaft, causing its rapid wear.

Причина недостижения технического результата также заключается в том, что герметизация по валу обеспечивается уплотнительным элементом, имеющим малую площадь контакта с валом, поскольку искомая герметизация обеспечивается заклиниванием уплотнительного элемента усилием пружины в зазор между валом и подвижным кольцом трения.The reason for the failure to achieve the technical result also lies in the fact that the shaft sealing is provided by a sealing element having a small contact area with the shaft, since the desired sealing is provided by jamming the sealing element by the spring force into the gap between the shaft and the moving friction ring.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задача заключается в увеличения срока службы опорно-нажимного узла торцового уплотнения вала за счет повышения надежности работы элемента, непосредственно обеспечивающего уплотнение по валу.The task is to increase the service life of the support-pressure unit of the mechanical seal of the shaft by increasing the reliability of the element that directly provides a seal on the shaft.

Технический результат, решение указанной задачи заключаются, во-первых, в увеличении площади контакта вала с элементом, непосредственно обеспечивающим уплотнение по валу, а во-вторых, в повышении жесткости передачи вращательного момента от вала на кольцо трения (подвижное кольцо трения).The technical result, the solution of this problem consists, firstly, in increasing the area of contact of the shaft with the element directly providing a seal on the shaft, and secondly, in increasing the rigidity of the transmission of torque from the shaft to the friction ring (movable friction ring).

Достигается технический результат тем, что опорно-нажимной узел торцового уплотнения вала содержит кольцо трения, два бандажных кольца, выполненных из металла, цилиндрическую пружину сжатия, установленную между бандажными кольцами, а также выполненную из эластомера цилиндрическую втулку с осевым отверстием для расположения в нем вала, с двумя кольцевыми буртами на наружной поверхности втулки в области ее торцов и кольцевой выемкой на торце, в которой установлено кольцо трения, при этом бандажные кольца установлены на указанных кольцевых буртах снаружи втулки с аксиально расходящимся поджатием к этим буртам при помощи упомянутой пружины и снабжены зубьями для обеспечения зубчатой передачи вращательного момента от одного бандажного кольца к другому, так что число зубьев одного бандажного кольца равно числу зубьев другого бандажного кольца, а высота каждого зуба указанной зубчатой передачи меньше расстояния между линиями расположения оснований зубьев противоположных бандажных колец.The technical result is achieved by the fact that the support-pressure unit of the mechanical seal of the shaft contains a friction ring, two retaining rings made of metal, a cylindrical compression spring installed between the retaining rings, and a cylindrical sleeve made of elastomer with an axial bore for positioning the shaft in it, with two annular collars on the outer surface of the sleeve in the region of its ends and an annular recess on the end in which the friction ring is installed, while the retaining rings are mounted on these rings on the outside of the sleeve with axially diverging compression to these shoulders using the said spring and equipped with teeth to provide a gear transmission of torque from one retaining ring to another, so that the number of teeth of one retaining ring is equal to the number of teeth of another retaining ring, and the height of each tooth is specified gear transmission less than the distance between the lines of the base of the teeth of the opposite retaining rings.

Отличительные признаки заявленного технического решения заключаются в наличии выполненной из эластомера цилиндрической втулки с осевым отверстием для расположения в нем вала, с двумя кольцевыми буртами на наружной поверхности втулки в области ее торцов и кольцевой выемкой на торце, в которой установлено кольцо трения, а также в том, что бандажные кольца установлены на указанных кольцевых буртах снаружи втулки и снабжены зубьями для обеспечения зубчатой передачи вращательного момента от одного бандажного кольца к другому, так что число зубьев одного бандажного кольца равно числу зубьев другого бандажного кольца, а высота каждого зуба указанной зубчатой передачи меньше расстояния между линиями расположения оснований зубьев противоположных бандажных колец.Distinctive features of the claimed technical solution are the presence of a cylindrical sleeve made of elastomer with an axial hole for the shaft to be located in it, with two annular collars on the outer surface of the sleeve in the region of its ends and an annular recess at the end in which the friction ring is installed, and also that the retaining rings are mounted on said annular collars outside the sleeve and are provided with teeth to provide a gear transmission of torque from one retaining ring to another, so that a shroud ring of teeth equal to the number of teeth of the other retaining ring, and the height of each tooth of said gear less than the distance between the base lines arrangement of teeth opposing retaining rings.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 в продольном разрезе показан опорно-нажимной узел торцового уплотнения вала (при этом сам вал не показан); на фиг.2 схематично показана зубчатая передача вращательного момента между бандажными кольцами, являющимися конструктивными элементами указанного узла.In Fig.1 in a longitudinal section shows the support-pressure unit of the mechanical seal of the shaft (while the shaft itself is not shown); figure 2 schematically shows the gear transmission of torque between the retaining rings, which are structural elements of the specified node.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Опорно-нажимной узел торцового уплотнения вала (фиг.1) содержит выполненную из эластомера втулку 1 с осевым сквозным отверстием 2 для расположения в нем вала (вал не показан). На наружных поверхностях втулки 1 в области ее торцов выполнены два кольцевых бурта 3 и 4, а на одном торце втулки 1 выполнена кольцевая выемка 5, в которой установлено кольцо трения 6 (подвижное кольцо трения).The supporting-pushing assembly of the mechanical seal of the shaft (Fig. 1) comprises a sleeve 1 made of elastomer with an axial through hole 2 for arranging the shaft therein (shaft not shown). Two annular collars 3 and 4 are made on the outer surfaces of the sleeve 1 in the region of its ends, and an annular recess 5 is made on one end of the sleeve 1, in which a friction ring 6 (a movable friction ring) is installed.

Узел также содержит два бандажных кольца 7 и 8, выполненных из металла, и цилиндрическую (осевую) пружину сжатия 9, установленную между бандажными кольцами 7 и 8. Данные бандажные кольца установлены на буртах 3 и 4 снаружи втулки 1 с аксиально расходящимся поджатием к этим буртам при помощи упомянутой пружины 9.The assembly also contains two retaining rings 7 and 8 made of metal, and a cylindrical (axial) compression spring 9 installed between the retaining rings 7 and 8. These retaining rings are mounted on collars 3 and 4 outside the sleeve 1 with axially diverging compression to these collars using said spring 9.

Бандажные кольца 7 и 8 снабжены зубьями соответственно 10 и 11 (фиг.2). При этом линии 12 и 13 оснований указанных зубьев расположены на обращенных друг к другу торцах бандажных колец 7 и 8 на расстоянии L друг от друга. Зубья 10 и 11 имеют одинаковую высоту h и ориентированы параллельно оси бандажных колец 7 и 8 навстречу друг другу так, что h<L (т.е. высота h каждого зуба меньше расстояния L между линиями 12 и 13 расположения оснований зубьев 10 и 11 соответствующих бандажных колец 7 и 8). Кроме того, число зубьев 10 одного бандажного кольца равно числу зубьев 11 другого бандажного кольца. Указанные зубья обеспечивают зубчатую передачу вращательного момента от одного бандажного кольца к другому (т.е. от бандажного кольца 7 к бандажному кольцу 8 и от бандажного кольца 8 к бандажному кольцу 7), а условие h<L обеспечивает работоспособность данной зубчатой передачи при уменьшении L в процессе установки узла на вал.The retaining rings 7 and 8 are equipped with teeth 10 and 11, respectively (figure 2). The lines 12 and 13 of the bases of these teeth are located on the ends of the retaining rings 7 and 8 facing each other at a distance L from each other. The teeth 10 and 11 have the same height h and are oriented parallel to the axis of the retaining rings 7 and 8 towards each other so that h <L (i.e. the height h of each tooth is less than the distance L between the lines 12 and 13 of the bases of the teeth 10 and 11 of the corresponding retaining rings 7 and 8). In addition, the number of teeth 10 of one retaining ring is equal to the number of teeth 11 of another retaining ring. These teeth provide gear transmission of torque from one retaining ring to another (i.e., from retaining ring 7 to retaining ring 8 and from retaining ring 8 to retaining ring 7), and the condition h <L ensures the operability of this gear with decreasing L during installation of the assembly on the shaft.

Установка и работа опорно-нажимного узла заключается в следующем.Installation and operation of the support-push unit is as follows.

Установку узла на вал осуществляют в два этапа (вал не показан). Сначала узел устанавливают на вал путем размещения вала в отверстии 2 втулки 1 так, чтобы кольцо трения 6 (т.е. подвижное кольцо трения) непосредственно упиралось в предварительно установленное в корпусе неподвижное кольцо трения (корпус и неподвижное кольцо не показаны). Затем осуществляют силовое осевое воздействие на торец втулки 1 со стороны бурта 4 в направлении кольца трения 6, осуществляя тем самым уменьшение расстояния L, что оказывается возможным благодаря отношению h<L. Вследствие уменьшения расстояния L происходит сжатие пружины 9 и радиальное деформирование стенки втулки 1. При этом данное новое положение указанного торца втулки 1, характеризующееся уменьшенным расстоянием L, фиксируют от осевого обратного перемещения. В результате сжатия пружины 9 происходит поджатие кольца трения 6 (т.е. подвижного кольца) к неподвижному кольцу трения, обеспечивая тем самым необходимую герметизацию по плоскости их контакта. В результате радиального деформирования стенки втулки 1 диаметр отверстия 2 уменьшается, обеспечивая тем самым, во-первых, необходимую герметизацию по валу на длине L+2z, где z – толщина бандажного кольца 7 (или 8), а во-вторых, необходимое сцепление втулки 1 с валом для передачи крутящего момента от вала к кольцу трения 6.The installation of the node on the shaft is carried out in two stages (the shaft is not shown). First, the assembly is mounted on the shaft by placing the shaft in the hole 2 of the sleeve 1 so that the friction ring 6 (i.e., the movable friction ring) abuts directly against the stationary friction ring previously installed in the housing (the housing and the stationary ring are not shown). Then, an axial force is applied to the end face of the sleeve 1 from the shoulder 4 in the direction of the friction ring 6, thereby reducing the distance L, which is possible due to the ratio h <L. Due to the reduction of the distance L, the compression of the spring 9 and the radial deformation of the wall of the sleeve 1 occur. In this case, this new position of the specified end of the sleeve 1, characterized by a reduced distance L, is fixed from the axial reverse movement. As a result of compression of the spring 9, the friction ring 6 (i.e., the movable ring) is pressed against the stationary friction ring, thereby providing the necessary sealing along the plane of their contact. As a result of radial deformation of the wall of the sleeve 1, the diameter of the hole 2 decreases, thereby ensuring, firstly, the necessary sealing along the shaft along the length L + 2z, where z is the thickness of the retaining ring 7 (or 8), and secondly, the necessary coupling of the sleeve 1 with a shaft for transmitting torque from the shaft to the friction ring 6.

Таким образом, предлагаемый узел имеет увеличенную площадь герметизации по валу (L+2z), что повышает его надежность и продолжительность безотказной работы. Кроме того, в предлагаемом узле благодаря наличию упомянутой зубчатой передачи с одинаковым числом зубьев полностью исключается возможность крутильной деформации втулки 1 в переходных процессах вращения вала, ведущей к разрушению втулки. При этом упомянутое условие одинакового числа зубьев 10 и 11 гарантированно обеспечивает при повороте одного бандажного кольца на некоторый угол поворот другого бандажного кольца на тот же угол, что увеличивает срок службы втулки 1, непосредственно обеспечивающей передачу крутящего момента от вала к кольцу трения 6.Thus, the proposed site has an increased sealing area along the shaft (L + 2z), which increases its reliability and uptime. In addition, in the proposed site due to the presence of the aforementioned gear transmission with the same number of teeth, the possibility of torsional deformation of the sleeve 1 in transient processes of rotation of the shaft, leading to the destruction of the sleeve, is completely eliminated. Moreover, the mentioned condition of the same number of teeth 10 and 11 is guaranteed to ensure that when turning one retaining ring by a certain angle, the rotation of the other retaining ring by the same angle, which increases the service life of the sleeve 1, which directly transfers torque from the shaft to the friction ring 6.

Claims

The support-pressure unit of the mechanical seal of the shaft, which contains a friction ring, two retaining rings made of metal, and a cylindrical compression spring installed between the retaining rings, characterized in that it contains a cylindrical sleeve made of elastomer with an axial hole for positioning the shaft in it , with two annular collars on the outer surface of the sleeve in the region of its ends and an annular recess on the end in which the friction ring is mounted, while the retaining rings are mounted on said annular collars ax outside the sleeve with an axially diverging preload to these shoulders using the said spring and equipped with teeth to provide a gear transmission of torque from one retaining ring to another, so that the number of teeth of one retaining ring is equal to the number of teeth of another retaining ring, and the height of each tooth of the specified gear the transmission is less than the distance between the lines of the base of the teeth of the opposite retaining rings.