RU2774256C2

RU2774256C2 - Ring seal for implementation of rotary seal between two cylindrical elements

Info

Publication number: RU2774256C2
Application number: RU2020112481A
Authority: RU
Inventors: Паскаль МАНДУ; Лоик Венсан; Лионель ЖЮЙАН
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Прикладной Инженерный И Учебный Центр "Сапфир"
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2022-06-16

Abstract

FIELD: sealing means.

SUBSTANCE: invention relates to ring seal (30, 32, 34) that contains main case (42) made with the possibility of provision of seal due to a static contact relatively to first cylindrical element (4), and first circumferential edge (64) made with the possibility of interaction due to friction with cylindrical surface (14) of second cylindrical element (10), while mentioned cylindrical elements (4, 10) are essentially coaxial and are installed with the possibility of rotation relatively to each other. Main case (42) contains front surface (48) made with the possibility of axial contact with the front surface of first cylindrical element (4), while main case (42) contains second circumferential edge (52) radially opposite to first circumferential edge (64) and made with the possibility of radial contact with cylindrical surface (38) of first cylindrical element (4).

EFFECT: obtaining ring seal for the implementation of rotary seal between two cylindrical elements.

9 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к кольцевому уплотнению, предназначенному для обеспечения уплотнения между двумя цилиндрическими элементами, поворачивающимися относительно друг друга, и к узлу, содержащему такие цилиндрические элементы и такое кольцевое уплотнение.The invention relates to an annular seal designed to provide a seal between two cylindrical elements rotating relative to each other, and to an assembly containing such cylindrical elements and such an annular seal.

Во многих случаях необходимо обеспечивать уплотнение между первым цилиндрическим элементом и вторым цилиндрическим элементом, при этом упомянутые цилиндрические элементы по существу являются коаксиальными и установлены с возможностью поворота относительно друг друга.In many cases, it is necessary to provide a seal between the first cylindrical element and the second cylindrical element, said cylindrical elements being essentially coaxial and pivotally mounted relative to each other.

Например, движитель, известный также как “силовая установка” или под соответствующей аббревиатурой “POD”, содержит цилиндрическую конструкцию и гребной вал. Конструкция соединена с картером. Как правило, предусмотрены также опорные подшипники вала, образующие поворотную связь между гребным валом и конструкцией вокруг оси гребного вала. Для обеспечения смазки опорных подшипников вала установлены кольцевые уплотнения в осевом направлении с каждой стороны от опорных подшипников вала и в радиальном направлении между конструкцией и гребным валом.For example, a propulsion unit, also known as a “propulsion unit” or by the appropriate abbreviation “POD”, contains a cylindrical structure and a propeller shaft. The structure is connected to the crankcase. As a rule, shaft support bearings are also provided, forming a rotary connection between the propeller shaft and the structure around the axis of the propeller shaft. To ensure lubrication of the shaft support bearings, O-rings are installed in the axial direction on each side of the shaft support bearings and in the radial direction between the structure and the propeller shaft.

Обычно, кольцевое уплотнение, обеспечивающее уплотнение между двумя цилиндрическими элементами, содержит главный корпус и окружную кромку. Главный корпус зажат в гнезде, выполненном в первом цилиндрическом элементе. При этом главный корпус удерживается неподвижно по отношению к первому цилиндрическому элементу. Окружная кромка входит в динамический контакт со вторым цилиндрическим элементом. Главный корпус образует при этом статическое уплотнение с первым цилиндрическим элементом, а окружная кромка образует динамическое уплотнение со вторым цилиндрическим элементом.Typically, an annular seal providing a seal between two cylindrical members comprises a main body and a circumferential lip. The main body is clamped in a socket made in the first cylindrical element. In this case, the main body is held stationary with respect to the first cylindrical element. The circumferential edge comes into dynamic contact with the second cylindrical element. In this case, the main body forms a static seal with the first cylindrical element, and the circumferential edge forms a dynamic seal with the second cylindrical element.

Хотя такие кольцевые уплотнения распространены и используются во многих областях применения, они имеют ряд недостатков.Although such O-rings are common and used in many applications, they have a number of disadvantages.

Действительно, когда происходит значительное радиальное смещение цилиндрических элементов относительно друг друга, окружная кромка может отойти в радиальном направлении от второго цилиндрического элемента, в результате чего появляется нарушение герметичности. Например, в случае силовой установки для ледокола при соударении между силовой установкой и ледяным массивом может произойти значительная деформация гребного вала. Эта деформация приводит к радиальному смещению гребного вала по отношению к цилиндрической конструкции. В этом случае может возникнуть утечка в море масла, предназначенного для смазки опорного подшипника вала, или, наоборот, может произойти затопление внутреннего отсека силовой установки.Indeed, when there is a significant radial displacement of the cylindrical elements relative to each other, the circumferential edge may move in the radial direction from the second cylindrical element, resulting in a leak. For example, in the case of an icebreaker propulsion system, a collision between the propulsion system and an ice mass can cause significant deformation of the propeller shaft. This deformation results in a radial displacement of the propeller shaft with respect to the cylindrical structure. In this case, oil may leak into the sea, intended for lubricating the shaft support bearing, or, conversely, flooding of the internal compartment of the power plant may occur.

В связи с этим задачей изобретения является улучшение вращающегося уплотнения между двумя цилиндрическими элементами, в частности, во время сильного радиального смещения цилиндрических элементов относительно друг друга.In this regard, the object of the invention is to improve the rotating seal between two cylindrical elements, in particular during a strong radial displacement of the cylindrical elements relative to each other.

Для этого предложено кольцевое уплотнение, содержащее главный корпус, выполненный с возможностью обеспечения уплотнения за счет статического контакта относительно первого цилиндрического элемента, и окружную кромку, выполненную с возможностью взаимодействия за счет трения с цилиндрической поверхностью второго цилиндрического элемента, при этом упомянутые цилиндрические элементы по существу являются коаксиальными и установлены с возможностью поворота относительно друг друга.For this, an annular seal is proposed, comprising a main body configured to provide sealing due to static contact relative to the first cylindrical element, and a circumferential edge configured to interact due to friction with the cylindrical surface of the second cylindrical element, while the said cylindrical elements are essentially coaxial and installed with the possibility of rotation relative to each other.

Согласно общему отличительному признаку этого кольцевого уплотнения, главный корпус содержит фронтальную поверхность, выполненную с возможностью вхождения в аксиальный контакт с фронтальной поверхностью первого цилиндрического элемента, при этом главный корпус содержит вторую окружную кромку, радиально противоположную первой окружной кромке и выполненную с возможностью вхождения в радиальный контакт с цилиндрической поверхностью первого цилиндрического элемента.According to the general distinguishing feature of this annular seal, the main body contains a front surface made with the possibility of entering into axial contact with the front surface of the first cylindrical element, while the main body contains a second circumferential edge radially opposite the first circumferential edge and made with the possibility of entering into radial contact with a cylindrical surface of the first cylindrical element.

Благодаря выполненной таким образом фронтальной поверхности, вышеупомянутое кольцевое уплотнение может перемещаться в радиальном направлении относительно первого цилиндрического элемента при большом радиальном смещении цилиндрических элементов относительно друг друга. В этом случае первая окружная кромка продолжает обеспечивать уплотнение за счет динамического контакта со вторым цилиндрическим элементом. Вторая окружная кромка обеспечивает уплотнение за счет статического контакта с первым цилиндрическим элементом. Вторая окружная кромка стремится восстановить центровку кольцевого уплотнения, когда радиальное смещение между цилиндрическими элементами относительно друг друга уменьшается.Due to the front surface thus formed, the aforementioned O-ring can move in the radial direction relative to the first cylindrical element with a large radial displacement of the cylindrical elements relative to each other. In this case, the first circumferential edge continues to provide a seal through dynamic contact with the second cylindrical element. The second circumferential edge provides a seal through static contact with the first cylindrical element. The second circumferential lip tends to re-center the O-ring when the radial displacement between the cylindrical elements relative to each other decreases.

В частном варианте осуществления упомянутая вторая окружная кромка выполнена с возможностью деформирования в ответ на относительно большие изменения радиального смещения цилиндрических элементов относительно друг друга, а первая окружная кромка выполнена с возможностью деформирования в ответ на относительно небольшие изменения радиального смещения цилиндрических элементов относительно друг друга.In a particular embodiment, said second circumferential edge is configured to deform in response to relatively large changes in the radial displacement of the cylindrical elements relative to each other, and the first circumferential edge is configured to deform in response to relatively small changes in the radial displacement of the cylindrical elements relative to each other.

Таким образом, можно контролировать радиальное перемещение кольцевого уплотнения относительно первого цилиндрического элемента, чтобы оно происходило только в случае большого радиального смещения цилиндрических элементов относительно друг друга.In this way, the radial movement of the O-ring relative to the first cylindrical element can be controlled so that it occurs only in the case of a large radial displacement of the cylindrical elements relative to each other.

Кроме того, можно предусмотреть первый соединительный участок первой окружной кромки с главным корпусом и второй соединительный участок второй окружной кромки с главным корпусом, при этом первый соединительный участок и второй соединительный участок являются по существу аксиально смежными относительно друг друга.In addition, it is possible to provide a first connecting section of the first circumferential edge with the main body and a second connecting section of the second circumferential edge with the main body, the first connecting section and the second connecting section being substantially axially adjacent to each other.

Предпочтительно по меньшей мере один из первого и второго соединительных участков является аксиально смежным относительно фронтальной поверхности главного корпуса. В настоящей заявке, какими бы ни были два объекта, говоря о двух объектах, под выражением «по существу аксиально смежный» следует понимать, что оба объекта смещены в осевом направлении на величину смещения, составляющую менее 20% ширины кольцевого уплотнения в его осевом направлении.Preferably, at least one of the first and second connecting sections is axially adjacent to the front surface of the main body. In the present application, whatever the two objects are, when speaking of two objects, the expression "substantially axially adjacent" should be understood that both objects are displaced in the axial direction by an amount of displacement that is less than 20% of the width of the O-ring in its axial direction.

Предпочтительно первый соединительный участок имеет толщину в осевом направлении, меньшую, чем толщина второго соединительного участка в осевом направлении.Preferably, the first connection section has an axial thickness less than that of the second connection section in the axial direction.

В варианте осуществления уплотнение выполнено из полиуретана.In an embodiment, the seal is made of polyurethane.

Можно также предусмотреть, чтобы фронтальная поверхность главного корпуса была выполнена из политетрафторэтилена.It can also be provided that the front surface of the main body is made of polytetrafluoroethylene.

Благодаря такому выполнению соединительных участков и использованию таких материалов, можно прогнозировать усилия трения, появляющиеся между кольцевым уплотнением и цилиндрическими элементами, а также радиальные усилия, создаваемые окружной кромкой. При этом кольцевое уплотнение можно выполнить таким образом, чтобы заставить работать конкретную окружную кромку при определенных значениях радиального смещения цилиндрических элементов относительно друг друга.Thanks to this design of the connecting sections and the use of such materials, it is possible to predict the frictional forces that appear between the annular seal and the cylindrical elements, as well as the radial forces generated by the circumferential edge. In this case, the annular seal can be made in such a way as to make a particular circumferential edge work at certain values of the radial displacement of the cylindrical elements relative to each other.

Предпочтительно главный корпус содержит выемку, проходящую в осевом направлении внутрь от фронтальной поверхности, и контактное кольцо, расположенное в упомянутой выемке.Preferably, the main body comprises a recess extending axially inward from the front surface and a slip ring located in said recess.

Это позволяет легко выполнить главный корпус, содержащий контактную поверхность из материала со свойствами, отличными от материала кольцевого уплотнения. При этом выполняют уплотнение, имеющее материал, предусмотренный для аксиального контакта, и материал, предусмотренный для радиальных контактов.This makes it easy to make the main body containing the contact surface of a material with properties different from the material of the O-ring. In this case, a seal is made having a material provided for axial contact and a material provided for radial contacts.

В изобретении предложен также узел, содержащий первый цилиндрический элемент и по существу коаксиальный с ним второй цилиндрический элемент, установленный с возможностью поворота относительно первого цилиндрического элемента, при этом первый цилиндрический элемент содержит первую цилиндрическую поверхность и фронтальную поверхность, второй цилиндрический элемент содержит вторую цилиндрическую поверхность, при этом упомянутый узел содержит первое уплотнение типа описанного выше уплотнения.The invention also proposes an assembly comprising a first cylindrical element and a second cylindrical element essentially coaxial with it, mounted with the possibility of rotation relative to the first cylindrical element, wherein the first cylindrical element contains the first cylindrical surface and the front surface, the second cylindrical element contains the second cylindrical surface, wherein said assembly comprises a first seal of the type described above.

В варианте осуществления первый цилиндрический элемент представляет собой цилиндрическую конструкцию силовой установки для морского транспортного средства, второй цилиндрический элемент является гребным валом силовой установки, при этом упомянутый второй цилиндрический элемент расположен радиально внутри упомянутого первого цилиндрического элемента.In an embodiment, the first cylindrical element is a cylindrical structure of a propulsion unit for a marine vehicle, the second cylindrical element is a propeller shaft of the propulsion plant, while said second cylindrical element is located radially inside said first cylindrical element.

Кроме того, можно предусмотреть второе уплотнение и третье уплотнение типа описанного выше уплотнения, при этом упомянутый узел содержит дренажное пространство, аксиально ограниченное первым уплотнением и вторым уплотнением, и буферное пространство, аксиально ограниченное вторым уплотнением и третьим уплотнением.In addition, a second seal and a third seal of the type described above can be provided, said assembly comprising a drainage space axially defined by the first seal and the second seal and a buffer space axially defined by the second seal and the third seal.

Другие задачи, отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве не ограничивающего примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:Other objects, features and advantages of the invention will become more apparent from the following description, presented solely as a non-limiting example with reference to the accompanying drawings, in which:

Фиг. 1 - вид в радиальном разрезе узла согласно примеру осуществления изобретения.Fig. 1 is a radial sectional view of an assembly according to an exemplary embodiment of the invention.

Фиг. 2 - вид в осевом разрезе узла, показанного на фиг. 1.Fig. 2 is an axial sectional view of the assembly shown in FIG. one.

Фиг. 3 - частичный вид в разрезе уплотнения, показанного на фиг. 2.Fig. 3 is a partial sectional view of the seal shown in FIG. 2.

На фиг. 1 схематично представлен узел 2. Узел 2 включен в силовую установку (не показана), которая может быть установлена на морском транспортном средстве, таком как судно, подводная лодка или плавучая нефтяная платформа. Однако изобретение не ограничивается этими вариантами применения. В частности, не выходя за рамки изобретения, можно предусмотреть использование такого узла в силовой установке, в установке, использующей энергию приливов и отливов, или в гидроэлектрической генерирующей установке.In FIG. 1 is a schematic representation of assembly 2. Assembly 2 is included in a propulsion system (not shown) which may be installed on a marine vehicle such as a ship, submarine or oil rig. However, the invention is not limited to these applications. In particular, without departing from the scope of the invention, it is possible to envisage the use of such an assembly in a power plant, in a tidal plant or in a hydroelectric generating plant.

Узел 2 содержит цилиндрическую конструкцию 4, соединенную с картером (не показан) силовой установки. На фиг. 1-3 показана связанная с конструкцией 4 векторная ортонормальная база 6. База состоит из вектора

, вектора

и вектора

.The node 2 contains a cylindrical structure 4 connected to the crankcase (not shown) of the power plant. In FIG. 1-3 shows the vector orthonormal base 6 associated with the construction 4. The base consists of the vector

, vector

and vector

.

Конструкция 4 является в основном цилиндрической относительно оси 8 цилиндричности. Ось проходит параллельно вектору

. Внутри конструкции 4 выполнено отверстие 9. Отверстие 9 является цилиндрическим вокруг оси 8.The structure 4 is generally cylindrical with respect to the axis 8 of cylindricity. The axis runs parallel to the vector

. A hole 9 is made inside the structure 4. The hole 9 is cylindrical around the axis 8.

Кроме того, узел 2 содержит гребной вал 10. Вал неподвижно соединен с гребным винтом (не показан) силовой установки. Вал 10 установлен внутри отверстия 9. Вал 10 имеет цилиндрическую форму. Вал 10 расположен относительно конструкции 4 таким образом, что ось цилиндричности вала 10 совпадает с осью 8, как в конфигурации, представленной на фиг. 1. Вместе с тем, в различных ситуациях работы силовой установки деформации вала 10 могут привести к радиальному смещению между осью цилиндричности вала 10 и осью 8. Если только не указано иное, понятия «осевой» и «радиальный» следует понимать относительно оси 8.In addition, the node 2 contains the propeller shaft 10. The shaft is fixedly connected to the propeller (not shown) of the power plant. The shaft 10 is mounted inside the hole 9. The shaft 10 has a cylindrical shape. The shaft 10 is positioned relative to the structure 4 in such a way that the cylindrical axis of the shaft 10 coincides with the axis 8, as in the configuration shown in FIG. 1. However, in various situations of operation of the power plant, deformations of the shaft 10 can lead to a radial displacement between the cylindricity axis of the shaft 10 and the axis 8. Unless otherwise indicated, the concepts of "axial" and "radial" should be understood relative to the axis 8.

Вал 10 механически соединен с конструкцией 4 через поворотную связь вокруг оси 8. Для приведения во вращение вала 10 относительно конструкции 4 предусмотрена электрическая машина (не показана), содержащая ротор, неподвижно соединенный с валом 10, и статор, неподвижно соединенный с конструкцией 4. Для обеспечения направления в поворотной связи вала 10 относительно конструкции 4 предусмотрен вращающийся опорный подшипник 12. Опорный подшипник 12 может быть подшипником трения, например, содержащим вкладыши, или подшипником качения, таким как шарикоподшипник, роликоподшипник или конический подшипник. Хотя показан только один опорный подшипник 12, понятно, что для обеспечения механической связи между конструкцией 4 и валом 10 можно предусмотреть и другие вращающиеся опорные подшипники. Опорный подшипник 12 смазывается гидравлической текучей средой, такой как масло или консистентная смазка.Shaft 10 is mechanically connected to structure 4 through a swivel around axis 8. To rotate shaft 10 relative to structure 4, an electric machine (not shown) is provided, containing a rotor fixedly connected to shaft 10 and a stator fixedly connected to structure 4. For providing rotational direction of the shaft 10 with respect to the structure 4, a rotating support bearing 12 is provided. The support bearing 12 may be a friction bearing, for example, containing bushings, or a rolling bearing, such as a ball bearing, roller bearing, or tapered bearing. Although only one support bearing 12 is shown, it will be understood that other rotating support bearings could be provided to provide mechanical communication between structure 4 and shaft 10. The thrust bearing 12 is lubricated by a hydraulic fluid such as oil or grease.

Вал 10 ограничен в радиальном направлении поверхностью 14. Поверхность 14 является цилиндрической с окружным основанием вокруг оси цилиндричности вала 10 (которая совпадает с осью 8 на фиг. 1) и имеет диаметр d₁₄.The shaft 10 is bounded in the radial direction by a surface 14. The surface 14 is cylindrical with a circumferential base around the cylindricity axis of the shaft 10 (which coincides with the axis 8 in Fig. 1) and has a diameter d ₁₄ .

Конструкция 4 предназначена для погружения в морскую воду. Как будет более подробно описано ниже, узел 2 содержит средства для обеспечения вращающегося уплотнения между конструкцией 4 и валом 10. В частности, уплотнение выполняют, чтобы избегать утечки гидравлической текучей среды, смазывающей опорный подшипник 12, наружу узла 2, и чтобы избегать попадания морской воды внутрь отверстия 9.Design 4 is designed to be submerged in sea water. As will be described in more detail below, the assembly 2 includes means for providing a rotating seal between the structure 4 and the shaft 10. In particular, the sealing is performed to avoid leakage of the hydraulic fluid lubricating the support bearing 12 to the outside of the assembly 2 and to avoid the ingress of sea water. inside hole 9.

Конструкция 4 ограничена в осевом направлении концевой фронтальной поверхностью 16. В осевом направлении между поверхностью 16 и опорным подшипником 12 находится гнездо 18. В гнезде 18 установлено техническое уплотнение 20. В данном случае уплотнение 20 является накачиваемым уплотнением. Уплотнение 20 накачивают, когда осуществляют техническое обслуживание узла 2. Для этого уплотнение 20 выполнено с возможностью обеспечения статического уплотнения относительно поверхности 14 вала 10, когда она находится в накачанном состоянии.Structure 4 is limited in the axial direction by the end front surface 16. A seat 18 is located in the axial direction between the surface 16 and the support bearing 12. The technical seal 20 is installed in the seat 18. In this case, the seal 20 is an inflatable seal. The seal 20 is inflated when the assembly 2 is being serviced. To this end, the seal 20 is configured to provide a static seal against the surface 14 of the shaft 10 when it is inflated.

Узел 2 содержит буферное пространство 22, расположенное в осевом направлении между гнездом 18 и опорным подшипником 12. Буферное пространство 22 сообщается по текучей среде с наружным пространством узла 2 через канал 24. Благодаря каналу 24, буферное пространство 22 может быть заполнено буферной текучей средой (не показана). Буферная среда обеспечивает защиту в случае отказа средств, реализующих вращающееся уплотнение узла 2.Assembly 2 includes a buffer space 22 located axially between seat 18 and support bearing 12. Buffer space 22 is in fluid communication with the exterior of assembly 2 via channel 24. Through channel 24, buffer space 22 can be filled with buffer fluid (not shown). The buffer medium provides protection in case of failure of the means that implement the rotating seal of assembly 2.

Узел 2 содержит дренажное пространство 26, расположенное в осевом направлении между буферным пространством 22 и опорным подшипником 12. Дренажное пространство 26 сообщается по текучей среде с наружным пространством узла 2 через канал 28. Канал 28 позволяет удалять текучую среду, проникшую в дренажное пространство 26 при отказе средств, реализующих вращающееся уплотнение узла 2.Assembly 2 includes a drain space 26 located axially between the buffer space 22 and the support bearing 12. The drain space 26 is in fluid communication with the exterior of the assembly 2 through a channel 28. The channel 28 allows removal of fluid that has entered the drain space 26 in the event of a failure. means realizing the rotating seal of assembly 2.

Дренажное пространство 26 расположено в осевом направлении между первым кольцевым уплотнением 30 и вторым кольцевым уплотнением 32. Буферное пространство 22 расположено в осевом направлении между вторым кольцевым уплотнением 32 и третьим кольцевым уплотнением 34. Уплотнения 30, 32 и 34 являются по существу идентичными. Уплотнения 30, 32 и 34 являются коаксиальными относительно оси 8. Уплотнение 32 детально показано на фиг. 2 и 3. Уплотнения 30, 32 и 34 главным образом выполнены из полиуретана.The drainage space 26 is located axially between the first annular seal 30 and the second annular seal 32. The buffer space 22 is located axially between the second annular seal 32 and the third annular seal 34. The seals 30, 32 and 34 are essentially identical. Seals 30, 32 and 34 are coaxial with respect to axis 8. Seal 32 is shown in detail in FIG. 2 and 3. Seals 30, 32 and 34 are primarily made of polyurethane.

Конструкция 4 содержит три гнезда 36, соответственно предусмотренные для установки уплотнений 30, 32 и 34. В частности, каждое гнездо 36 ограничено в радиальном направлении цилиндрической поверхностью 38 с окружным основанием вокруг оси 8, диаметр d₃₈ которого превышает диаметр d₁₄. Каждое гнездо 36 ограничено в осевом направлении заплечиком 40, проходящим радиально внутрь от поверхности 38. Каждый заплечик 40 расположен в осевом направлении между аксиальными фронтальными поверхностями (не показаны).Structure 4 comprises three pockets 36, respectively provided for receiving seals 30, 32 and 34. In particular, each seat 36 is delimited in the radial direction by a cylindrical surface 38 with a circumferential base around axis 8, the diameter d ₃₈ of which is greater than the diameter d ₁₄ . Each seat 36 is axially delimited by a shoulder 40 extending radially inward from surface 38. Each shoulder 40 is located axially between axial frontal surfaces (not shown).

Хотя в представленном примере средства реализации вращающегося уплотнения предусмотрены только с одной стороны от опорного подшипника 12, не выходя за рамки изобретения, можно предусмотреть идентичные средства, включенные в осевом направлении с другой стороны от опорного подшипника 12.Although in the example shown, means for implementing a rotating seal are provided only on one side of the support bearing 12, without departing from the scope of the invention, it is possible to provide identical means included in the axial direction on the other side of the support bearing 12.

На фиг. 2 и 3 уплотнение 32 показано в нерабочем положении. Размеры уплотнения 32 на фигурах не являются ограничительными. Кроме того, форма уплотнения 32 может меняться под действием давления контакта поверхностей 14 и 38 и давлений, создаваемых текучими средами, по отношению к которым обеспечивают герметичность.In FIG. 2 and 3 seal 32 is shown in the non-operating position. The dimensions of the seal 32 in the figures are not restrictive. In addition, the shape of the seal 32 may change under the action of the contact pressure of the surfaces 14 and 38 and the pressures generated by the fluids against which the seal is provided.

Уплотнение 32 содержит главный корпус 42. Главный корпус 42 расположен радиально снаружи относительно остальной части уплотнения 32. На фиг. 3 пунктирной линией 44 показана внутренняя радиальная граница главного корпуса 42.The seal 32 includes a main body 42. The main body 42 is located radially outward relative to the remainder of the seal 32. In FIG. 3, the dotted line 44 shows the inner radial boundary of the main body 42.

Главный корпус 42 ограничен в осевом направлении дистальной поверхностью 46 и фронтальной проксимальной поверхностью 48. На уровне проксимальной поверхности 48 главный корпус 42 содержит кольцо 50 из политетрафторэтилена. Кольцо 50 установлено в выемке (не показана), выполненной в осевом направлении внутрь корпуса 42 от поверхности 48. Кольцо 50 не обязательно ограничено в радиальном направлении границей 44. В примере, представленном на фиг. 3, кольцо 50 продолжено в радиальном направлении внутрь от границы 44. Для осуществления уплотнения 32 главный корпус 42 можно выполнить посредством совместного литья на кольце 50. В альтернативном варианте кольцо 50 может быть посажено в выемку, выполненную в главном корпусе 42 на уровне проксимальной поверхности 48.The main body 42 is axially delimited by a distal surface 46 and a frontal proximal surface 48. At the level of the proximal surface 48, the main body 42 includes a PTFE ring 50. Ring 50 is seated in a recess (not shown) formed axially into body 42 from surface 48. Ring 50 is not necessarily bounded radially by boundary 44. In the example shown in FIG. 3, ring 50 extends radially inward from boundary 44. To seal 32, main body 42 may be co-cast on ring 50. Alternatively, ring 50 may fit into a recess made in main body 42 at proximal surface 48. .

Как показано на фиг. 1 и 3, уплотнение 30, 32 и 34 упираются в осевом направлении своей проксимальной поверхностью 48 в фронтальную поверхность заплечика 40 их соответствующего гнезда 36. В частности, уплотнение 30 входит в контакт своей проксимальной поверхностью 48 со смежной фронтальной поверхностью опорного подшипника 12 заплечика 40. Уплотнения 32 и 34 входят в контакт своей соответствующей проксимальной поверхностью 48 с противоположной фронтальной поверхностью опорного подшипника 12 соответствующего заплечика 40. Иначе говоря, как показано на фиг. 1, уплотнение 30 расположено симметрично с уплотнениями 32 и 34 по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси 8.As shown in FIG. 1 and 3, the seal 30, 32 and 34 abut axially with their proximal surface 48 against the front surface of the shoulder 40 of their respective seat 36. In particular, the seal 30 comes into contact with its proximal surface 48 with the adjacent front surface of the supporting bearing 12 of the shoulder 40. Seals 32 and 34 engage their respective proximal surface 48 with the opposite front surface of support bearing 12 of respective shoulder 40. In other words, as shown in FIG. 1, seal 30 is positioned symmetrically with seals 32 and 34 with respect to a plane perpendicular to axis 8.

Как показано на фиг. 2 и 3, давление текучей среды, в данном случае буферной текучей среды, когда речь идет о кольцевом уплотнении 32, действует на дистальную поверхность 46 в направлении вектора

и в сторону, противоположную к направлению вектора

. В результате возникает давление аксиального контакта между проксимальной поверхностью 48 уплотнения 32 и фронтальной поверхностью заплечика 40.As shown in FIG. 2 and 3, the pressure of the fluid, in this case the buffer fluid, when it comes to the O-ring 32, acts on the distal surface 46 in the direction of the vector

and in the direction opposite to the direction of the vector

. The result is an axial contact pressure between the proximal surface 48 of the seal 32 and the front surface of the shoulder 40.

Кольцевое уплотнение 32 содержит наружную окружную кромку 52. Кромка 52 выполнена, начиная от главного корпуса 42, радиально наружу. Кромка 52 соединена с внутренним радиальным участком (не показан) главного корпуса 42 через соединительный участок 54. Граница между кромкой 52 и соединительным участком 54 схематично показана пунктирной линией 56. Граница между соединительным участком 54 и внутренним участком главного корпуса 42 схематично показана пунктирной линией 58. Кромка 52 проходит в наклонном направлении, образующем угол α с направлением оси 8. Деформация кромки 52 позволяет изменять угол α. Когда кромка 52 не деформирована от контакта поверхности 62 с поверхностью 38, она ограничена в радиальном направлении наружным окружным ребром 63, имеющим диаметр d₆₃. Диаметр d₆₃ превышает диаметр d₃₈.The annular seal 32 includes an outer circumferential lip 52. The lip 52 is formed radially outward from the main body 42. The edge 52 is connected to the inner radial portion (not shown) of the main body 42 through the connecting portion 54. The boundary between the edge 52 and the connecting portion 54 is schematically shown by the dashed line 56. The boundary between the connecting portion 54 and the inner portion of the main body 42 is schematically shown by the dashed line 58. The edge 52 extends in an oblique direction forming an angle α with the direction of the axis 8. The deformation of the edge 52 allows the angle α to be varied. When edge 52 is not deformed from surface 62 contact with surface 38, it is delimited in the radial direction by an outer circumferential rib 63 having a diameter d ₆₃ . Diameter d ₆₃ exceeds diameter d ₃₈ .

Кромка 52 ограничена в направлении своей ширины внутренней поверхностью 60 и наружной поверхностью 62. Как показано на фиг. 1 и 3, наружная поверхность 62 кромки 52 входит в контакт с поверхностью 38. Та же текучая среда, которая действует давлением на поверхность 46, в данном случае буферная текучая среда, если речь идет об уплотнении 32, действует давлением на поверхность 60, которая стремится отвести кромку 52 от внутреннего участка главного корпуса 42. В результате возникает давление радиального контакта между поверхностью 62 кромки 52 и поверхностью 38 конструкции 4.Edge 52 is delimited in its width direction by inner surface 60 and outer surface 62. As shown in FIG. 1 and 3, the outer surface 62 of the edge 52 comes into contact with the surface 38. The same fluid that pressurizes the surface 46, in this case the buffer fluid, in the case of the seal 32, pressurizes the surface 60, which tends to retract the edge 52 from the inner portion of the main body 42. As a result, there is a pressure of radial contact between the surface 62 of the edge 52 and the surface 38 of the structure 4.

Кольцевое уплотнение 32 содержит внутреннюю окружную кромку 64, выполненную, начиная от главного корпуса 42, радиально внутрь. Кромка 64 соединена с главным корпусом 42 через соединительный участок 65. Пунктирная линия 44 ограничивает главный корпус 42 от соединительного участка 65. Граница между кромкой 64 и соединительным участком 65 схематично показана пунктирной линией 66. Кромка 64 проходит в наклонном направлении, образующем угол β с направлением оси 8, при этом угол β может меняться в результате деформаций кромки 64. Когда кромка 64 не деформируется, она ограничена в радиальном направлении внутренним окружным ребром 71, имеющим диаметр d₇₁. Диаметр d₇₁ меньше диаметра d₁₄.The annular seal 32 includes an inner circumferential lip 64 formed radially inwards from the main body 42. The edge 64 is connected to the main body 42 through the connecting section 65. The dashed line 44 defines the main body 42 from the connecting section 65. The boundary between the edge 64 and the connecting section 65 is schematically shown by the dotted line 66. The edge 64 extends in an oblique direction forming an angle β with the direction axis 8, the angle β may change as a result of deformations of the edge 64. When the edge 64 is not deformed, it is limited in the radial direction by an inner circumferential rib 71 having a diameter d ₇₁ . Diameter d ₇₁ is less than diameter d ₁₄ .

В направлении своей ширины кромка 64 ограничена наружной цилиндрической поверхностью 68 и внутренней цилиндрической поверхностью 70. Как показано на фиг. 1 и 3, внутренняя поверхность 70 кромки 64 входит в контакт с поверхностью 14. Как и в случае кромки 52, буферная текучая среда действует давлением на поверхность 68, которая стремится отвести кромку 64 от главного корпуса 42, создавая таким образом давление радиального контакта между поверхностью 70 кромки 64 и поверхностью 14 вала 10.Edge 64 is defined in its width direction by an outer cylindrical surface 68 and an inner cylindrical surface 70. As shown in FIG. 1 and 3, the inner surface 70 of the lip 64 comes into contact with the surface 14. As with the lip 52, the buffer fluid exerts pressure on the surface 68, which tends to pull the lip 64 away from the main body 42, thus creating a radial contact pressure between the surface. 70 edges 64 and surface 14 shaft 10.

На фиг. 3 буквой а обозначена ширина соединительного участка 54 в осевом направлении. Буквой b обозначена ширина соединительного участка 65 в осевом направлении. В частности, обозначения а и b соответствуют минимальным толщинам в осевом направлении участка 54 и участка 65 соответственно. Буквой с обозначена ширина уплотнения 32 в осевом направлении. Обозначение d отображает расстояние в радиальном направлении между окружными ребрами 63 и 71.In FIG. 3, the letter a indicates the width of the connecting section 54 in the axial direction. The letter b denotes the width of the connecting section 65 in the axial direction. In particular, designations a and b correspond to the minimum thicknesses in the axial direction of section 54 and section 65, respectively. The letter c indicates the width of the seal 32 in the axial direction. The notation d represents the distance in the radial direction between the circumferential ribs 63 and 71.

В представленном примере размеры а, b и d отвечают следующим отношениям:In the example shown, dimensions a, b and d correspond to the following relationships:

, где

, where

, где

.

, where

.

Кроме того, предпочтительно размер с по существу равен наибольшей длине кромок 52 и 64, в данном случае кромки 52.Further, preferably, dimension c is substantially equal to the longest length of edges 52 and 64, in this case edges 52.

В представленном примере в нерабочем положении уплотнение 32 имеет следующие размеры:In the example shown, in the non-operating position, the seal 32 has the following dimensions:

a=5 мм; b=8.4 мм; c=25 мм и d=55.5 мм.a=5 mm; b=8.4 mm; c=25 mm and d=55.5 mm.

Благодаря выбору таких размеров, можно проверять, какая из двух кромок 52 и 64 деформируется в ответ на радиальное смещение цилиндрического вала 10 относительно конструкции 4 в зависимости от значения этого радиального смещения. В данном случае при выбранных размерах и материалах внутренняя кромка 64 деформируется, когда радиальное смещение вала 10 относительно конструкции 4 меньше 0,5 мм. Кромка 52 деформируется при радиальном смещении вала 10 относительно конструкции 4, превышающем 0,5 мм. Кроме того, с учетом выбора размера d контактные поверхности 48 и 62 являются достаточно широкими, чтобы создавать усилие сцепления с главным корпусом 42, превышающее усилие трения, создаваемое валом 10 на кромке 64. Таким образом, уплотнение 32 статично удерживается относительно конструкции 4 в типовых интервалах скорости силовой установки без необходимости применения дополнительного устройства для удержания уплотнения 32, связанного во вращении с конструкцией 4.By choosing such dimensions, it is possible to check which of the two edges 52 and 64 is deformed in response to the radial displacement of the cylindrical shaft 10 relative to the structure 4, depending on the value of this radial displacement. In this case, with the selected dimensions and materials, the inner edge 64 is deformed when the radial displacement of the shaft 10 relative to the structure 4 is less than 0.5 mm. The edge 52 is deformed when the radial displacement of the shaft 10 relative to the structure 4 exceeds 0.5 mm. In addition, given the choice of size d, the contact surfaces 48 and 62 are wide enough to create an engagement force with the main body 42 in excess of the friction force generated by the shaft 10 on the edge 64. Thus, the seal 32 is statically held relative to the structure 4 in typical intervals the speed of the power plant without the need for an additional device to hold the seal 32 associated in rotation with the structure 4.

Таким образом, уплотнение 32 обеспечивает своим главным корпусом 42 уплотнение за счет статического контакта с конструкцией 4 и своей внутренней окружной кромкой 64 уплотнение за счет динамического контакта с валом.The seal 32 thus seals with its main body 42 in static contact with the structure 4 and with its inner circumferential lip 64 in dynamic contact with the shaft.

Когда происходит деформация вала 10, смещающая вал 10 в радиальном направлении относительно конструкции 4, внутренняя кромка 64 деформируется, когда радиальное смещение является небольшим, и наружная кромка 52 деформируется, когда радиальное смещение является большим. Таким образом, главный корпус 42 смещается в радиальном направлении, когда происходит большое радиальное смещение вала 10 относительно конструкции 4. Уплотнение, реализуемое кольцевым уплотнением 32, продолжает обеспечиваться, несмотря на большое радиальное смещение. Сжатая кромка 52 стабилизирует уплотнение 32 в его гнезде 36. Когда вал 10 восстанавливает свою первоначальную форму, то есть когда радиальное смещение стремится уменьшиться, наружная кромка 52 действует на главный корпус 42 упругим усилием, которое стремится восстановить центровку уплотнения 32 вокруг оси 8.When the deformation of the shaft 10 occurs, displacing the shaft 10 in the radial direction with respect to the structure 4, the inner edge 64 is deformed when the radial displacement is small, and the outer edge 52 is deformed when the radial displacement is large. Thus, the main body 42 is displaced in the radial direction when there is a large radial displacement of the shaft 10 relative to the structure 4. The seal provided by the O-ring 32 continues to be provided despite the large radial displacement. The compressed lip 52 stabilizes the seal 32 in its seat 36. When the shaft 10 recovers its original shape, that is, when the radial displacement tends to decrease, the outer lip 52 acts on the main body 42 with an elastic force that tends to restore the centering of the seal 32 about the axis 8.

В версии варианта осуществления окружная кромка 64 содержит кольцевой паз (не показан), выполненный радиально внутрь кромки 64 от поверхности 68. В кольцевом пазу устанавливают запорное кольцо (не показано), которое можно выполнить из эластичного материала. В такой версии варианта осуществления деформацию окружной кромки 64 контролируют за счет ширины соединительного участка и за счет упругости и размеров запорного кольца.In an embodiment version, circumferential lip 64 includes an annular groove (not shown) formed radially inward of lip 64 from surface 68. A locking ring (not shown) is installed in the annular groove (not shown), which may be made of an elastic material. In such a version of the embodiment, the deformation of the circumferential edge 64 is controlled by the width of the connecting portion and by the resiliency and dimensions of the locking ring.

С учетом вышеизложенного изобретение позволяет получить улучшенную герметичность по отношению к текучей среде между двумя цилиндрическими элементами, поворачивающимися относительно друг друга, в частности, в случае деформации одного из цилиндрических элементов, приводящей к радиальному смещению одного цилиндрического элемента относительно другого.In view of the foregoing, the invention makes it possible to obtain improved fluid tightness between two cylindrical elements rotating relative to each other, in particular in the case of deformation of one of the cylindrical elements, resulting in a radial displacement of one cylindrical element relative to the other.

Claims

1. An annular seal (30, 32, 34) containing a main body (42) configured to provide a seal due to static contact relative to the first cylindrical element (4), and a first circumferential edge (64) configured to interact due to friction with the cylindrical surface (14) of the second cylindrical element (10), while the mentioned cylindrical elements (4, 10) are essentially coaxial (8) and are installed with the possibility of rotation relative to each other, characterized in that the main body (42) contains a front surface (48) made with the possibility of entering into axial contact with the front surface of the first cylindrical element (4), while the main body (42) contains a second circumferential edge (52) radially opposite the first circumferential edge (64) and made with the possibility entering into radial contact with the cylindrical surface (38) of the first cylindrical element (4), and said second the circumferential edge (52) is configured to deform in response to relatively large changes in the radial displacement of the cylindrical elements (4, 10) relative to each other, and the first circumferential edge (64) is configured to deform in response to relatively small changes in the radial displacement of the cylindrical elements ( 4, 10) relative to each other.

2. Seal (30, 32, 34) according to Claim. 1, containing the first connecting section (65) of the first circumferential edge (64) with the main body (42) and the second connecting section (54) of the second circumferential edge (52) with the main body (42), while the first connecting section (65) and the second connecting section (54) are essentially axially adjacent to each other.

3. Seal (30, 32, 34) according to claim 2, wherein at least one of the first and second connecting sections (54, 65) is substantially axially adjacent to the front surface (48) of the main body (42).

4. Seal (30, 32, 34) according to claim 2 or 3, in which the first connecting section (65) has a thickness (b) in the axial direction less than the thickness (a) of the second connecting section (54) in the axial direction.

5. Seal (30, 32, 34) according to any one of paragraphs. 1-4, in which the seal (30, 32, 34) is made of polyurethane and in which the front surface (48) of the main body (42) is made of polytetrafluoroethylene.

6. Seal (30, 32, 34) according to any one of paragraphs. 1-5, in which the main body (42) contains a recess extending axially inward from the front surface, and a contact ring (50) located in said recess.

7. Assembly (2) of the power plant, containing the first cylindrical element (4) and essentially coaxial (8) with it the second cylindrical element (10), installed with the possibility of rotation relative to the first cylindrical element (4), while the first cylindrical element ( 4) contains the first cylindrical surface (38) and the front surface, the second cylindrical element (10) contains the second cylindrical surface (14), while said assembly (2) contains the first seal (30) according to any one of paragraphs. 1-6.

8. The assembly (2) according to claim 7, in which the first cylindrical element (4) is a cylindrical structure of the power plant for a marine vehicle, the second cylindrical element (10) is the propeller shaft of the power plant, while the said second cylindrical element (10 ) is located radially inside said first cylindrical element (4).

9. The node (2) according to p. 7 or 8, containing the second seal (32) according to any one of paragraphs. 1-6 and the third seal (34) according to any one of paragraphs. 1-6, wherein said assembly (2) comprises a drainage space (26) axially delimited by the first seal (30) and a second seal (32), and a buffer space (22) axially delimited by the second seal (32) and the third seal ( 34).