RU324U1 - Торцевое уплотнение вращающегося вала - Google Patents

Abstract

Торцевое уплотнение вращающегося вала, подвижный уплотняющий контакт которого образован взаимодействующими по уплотнительному пояску вращающимся и неподвижными элементами, по меньшей мере один из которых состоит из опорного кольца, взаимодействующего в радиальном направлении через вторичное уплотнение с базовой деталью, и антифрикционного кольца, контактирующего с опорным кольцом в осевом направлении, и связан с деталью, передающей или воспринимающей крутящий момент посредством фиксатора, закрепленного в одной из взаимодействующих деталей и входящего в паз на другой, причем часть фиксатора, входящая в паз, выполнена с плоскими поверхностями, отличающееся тем, что антифрикционное кольцо выполнено контактирующим с опорным кольцом по кольцевому пояску, расположенному в диаметральных пределах входной кромки уплотнительного пояска и вторичного уплотнения.

Description

Торцовое уплотнение вращающегося вала

Полезная модель относится к. устройствам для уплотнения вращающихся валов и может быть использована в случаях, когда уплотняемая среда находится под высоким и переменным давлением, а также в условиях переменных температур.

Известно торцовое уплотнение вращающегося вала 1, содержащее вращающийся и невращающийся уплотнительные элементы. Невращающийся уплотнительный элемент выполнен подвижным в осевом направлении и состоит из опорного и антифрикционного колец. Крутящий момент передается при помощи штиФта и паза. Подвижный уплотняющий контакт образован взаимодействующими по уплотнительному пояску вращающимся и неподвижным элементами.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является торцовое уплотнение вращающегося вала 2, содержащее вращающийся и невращающийся уплотнительные элементы. По меньшей мере один из уплотнительных элементов выполнен подвижным в осевом направлении и состоит из опорного и антифрикционного колец. Крутящий момент передается посредством Фиксатора, закрепленного в одной из взаимодействующих деталей с возможностью поворота вокруг своей оси и входящего в паз на другой детали, при этом часть Фиксатора, входящая в паз, выполнена с плоскими поверхностями, а ось фиксатора расположена примерно в середине длины его плоских контактирующих плоскостей. Подвижный уплотняющий контакт образован взаимодействующими по уплотнительному пояску вращающимся и невращающимся элементами.

Эти уплотнения надежно работают при невысоких давлениях (до 10 кг/см ) и температз рах (20-40 С). При использовании их в условиях высоких и переменных давлений и температур, они быстро выходят из строя из-за износа или разрушения пар трения, а также

{{,1

Qv. eV

МПК F16J 15/34

иэ-за раскрытия уплотнительного стыка. Основным Фактором, оказывающим решающее влияние на работу торцового уплотнения в экстремальных условиях, является деформирование трущихся уплотнительных элементов. В результате деформации происходит поворот сечения указанных элементов, уплотнительная щель при этом теряет плоскопараллельную Форму и принимает вид диффузора или конфузора по отношению к направлению действия перепада давления уплотняемой среды, причем величина и направление зависят от случайных Факторов и чрезвычайно трудно контролируются. Поскольку уплотнительная щель в торцовых механических уплотнениях имеет высоту от долей микрона до нескольких микрон, то деформация щели даже на несколько микрон в услолвиях высокого давления приводит к тому, что осевое усилие, действующее на трущиеся уплотнительные элементы, а следовательно, и удельное давление в подвижном стыке, отличаются в десятки исотни раз от расчетных. Это служит причиной выхода из строя торцовых механических уплотненийj; либо износ и разрушение трущихся уплотнительных элементов, вхследствие их чрезмерного прижатия друг к другу, либо раскрытие уплотнительного стыка, вызванное недостаточным усилием его сжатия в осевом направлении.

Деформация трущегося кольца обусловлена следующим Фактором. Как правило, один из уплотнительных элементов состоит из антифрикционного кольца, сопрягаемого с опорным кольцом по торцам. Антифрикционное и опорное кольца выполняются в большинстве случаев из материалов с разными модулями упругости и коэффициентом линейного термического расширения. Под действием высоких и переменных давлений, а также переменных температур антифрикционное и опорное кольца начинают деформироваться, причем на разную величину ввиду различных модулей упругости и коэффициентов расширения материалов. Похэтому недопустимо крепить жестко (с помощью

(

-X-- .

склеивания, сварки, пайки, затяжки винтами и т.д.) антифрикционное кольцо к опорному,.так как они будут тормозить деформацию друг друга. Это приводит к повороту их сечения, а, следовательно, нарушению работы уплотнения и выходу его иэ строя.

Целью предлагаемой полезной модели является повышение надежности и стабильности работы торцового уплотнения в условиях высокого давления уплотняемой среды и переменного температурного режима.

Поставленная цель достигается тем, что в торцовом уплотнении вращающегося вала, подвижный уплотняющий контакт которого образован взаимодествующими по уплотнительному пояску вращающимся и неподвижным элементами, по меньшей мере один из которых состоит из опорного кольца, взаимодействующего в радиальном направлении через вторичное уплотнение с базовой деталью, и антифрикционного кольца, контактирующего с опорным кольцом в осевом направлении, и связан с деталью, передающей или воспринимающей крутящий момент посредством фиксатора, закрепленного в одной из взаимодействующих деталей с возможностью поворота вокруг своей оси и входящего в паз на другой, причем часть Фиксатора, входящая в паз, выполнена с плоскими поверхностями, а ось Фиксатора расположена примерно в середине длины его плоских контактирующих поверхностей, антифрикционное кольцо выполнено контактирующим с опорным кольцом по кольцевому пояску, расположенному в диаметральных пределах входной кромки уплотнительного пояска и линии действия вторичного уплотнения.

Вследствие того, что ширина кольцевого пояска значительно меньше ширины уплотнительного пояска антифрикционного кольца, окружающие условия существенно не влияют на Форму подвижного уплотняющего контакта. ч:то повышает надежность и стабильность работы уплотнения.

На чертеже изображено пред лагаемое торцовое уплотнение, разрез.

Уплотнение установлено в корпусе 1, через который проходит вращающийся вал 2. Комбинированный уплотнительный элемент состоит из антифрикционного кольца 3 и примыкающего к нему в осевом направлении опорного кольца 4. Кольца 3 и 4 контактируют между собой через узкий кольцеобразный поясок 5, имеющий уплотнительную кромку б. Протечки между кольцами 3 и 4 предотвра1цаются эластичным кольцом 7, а между опорным кольцом 4 и базовой деталью, в данном случае втулкой, эластичным кольцом 8. Линия действия вторичного уплотнения определяющая гидравлическую нагрузку, обозначена цифрой 9.

Антифрикционное кольцо 3 контактирует рабочей поверхностью с ответной поверхностью уплотнительного элемента 10 через уплотнительный поясок, имеющий входную кромку 11 и выходную 12. Элемент 10 уплотняется относительно сопрягаемой детали эластичным кольцом 13. Для обеспечения первоначального прижатия при отсутствии давления среды элемент, подвижный в осевом направлении, прижимается к взаимодействующему с ним элементу пружинами 14. Уплотнительный элемент, подвижный в осевом направлении, может быть как вращающимся, так и невращающимся, а также оба уплотнительных элемента одновременно. Кольцевой поясок может выполняться как на антифрикционном кольце, так и на опорном кольце. Крутящий момент от втулки к опорному кольцу 4 или вращающемуся кольцу передается через Фиксатор 15, который установлен цилиндрической частью во втулке 16 с возможностью поворота своей оси, а другой частью, имеющей плоские контактные поверхности, входит в паз 17 опорного кольца 4. При этом ось вращения Фиксатора расположена примерно в середине его плоских контактирующих поверхностей. Часть фиксатора, имеющая плоские контактные поверхности, может скользить

- ПО стенкам паза 17 опорного кольца 4. Цилиндрическая часть Фиксатора может устанавливаться как в пошипник скольжения, так и в подшипник качения.

При вращении вала 2 между уплотнительными элементами, один из которых соединен с вращающимся валом, а другой с корпусом, образуется подвижный уплотнительный контакт, предотвращающий или ограничивающий выход текучей среды по давлением из корпуса 1. Гидростатические силы, действующие на опорное кольцо 4, деформируют его, вызывая поворот сечения. Кроме того, поворот сечения может также происходить под действием термического расширения. Ввиду того, что ширина контактирующего пояска 5 является весьма малой (0,5-4 мм), по сравнению с шириной антифрикционного кольца 3, на указанном кольце в результате поворота сечения кольца 4 не происходит заметного перераспределения действующих на него сил. Благодаря этому, рабочая поверхность торца антифрикционного кольца в подвижном уплотнительном стыке не изменяет своего положения, что позволяет данному уплотнению иметь стабильные характеристики в условиях переменных давлений и температур. Величина перемещения в радиальном направлении реакции опоры антифрикционного кольца 3 при повороте сечеия опорного кольца 4 лежит в пределах ширины контактирующего пояска 5, поэтому для минимального изменения положения реакции опоры ширина пояска должна быть как можно меньше. Она ограничивается пределом прочности на сжатие материалов кольца 3 и контактирующего пояска 5 при выбранном усилии прижатия колец 3 и 4. Благодаря тому, что поворот сечения опорного кольца 4 не влияет на положение рабочей

плоскости кольца 3, отпадает необходимость в выполнении этого кольца жестким, а также в балансировк1 сил, действуй на него. Это

желательно усилие прижима колец 3 и 4 делать минимальным (чтобы сделать ширину пояска 5 как можно меньше), то предпочтительным является расположение уплотнительной кромки б указанного пояска 5 в радиальной направлении между входной кромкой 11 уплотнительного рабочего пояска кольца 3 и линией действия 9 вторичного уплотнения 8.

Как упоминалось выше, крутящий момент от втулки передается к опорному (или вращающемуся) кольцу. При этом Фиксатор 15 контактирует с ответной деталью по плоской поверхности, благодаря чему значительно снижается удельное давление по сравнению с точечным или линейным контактом. Снижение удельного давления ведет к уменьшению или исключению износа Фиксатора. При отслеживании торцевого биения подвижного уплотнительного контакта плоский контакт между частью Фиксатора и паза опо эного кольца сохраняется за счет поворота Фиксатора вокруг своей оси, предотвращая тем самым зависание элемента, подвижного в осевом направлении.

- Торцовое

Claims (1)

1. Торцевое уплотнение вращающегося вала, подвижный уплотняющий контакт которого образован взаимодействующими по уплотнительному пояску вращающимся и неподвижными элементами, по меньшей мере один из которых состоит из опорного кольца, взаимодействующего в радиальном направлении через вторичное уплотнение с базовой деталью, и антифрикционного кольца, контактирующего с опорным кольцом в осевом направлении, и связан с деталью, передающей или воспринимающей крутящий момент посредством фиксатора, закрепленного в одной из взаимодействующих деталей и входящего в паз на другой, причем часть фиксатора, входящая в паз, выполнена с плоскими поверхностями, отличающееся тем, что антифрикционное кольцо выполнено контактирующим с опорным кольцом по кольцевому пояску, расположенному в диаметральных пределах входной кромки уплотнительного пояска и вторичного уплотнения.