RU48014U1

RU48014U1 - FACE SEAL OF ROTATING SHAFT AND CONIC SPRING FOR FACE SEAL

Info

Publication number: RU48014U1
Application number: RU2005107732/22U
Authority: RU
Inventors: И.В. Сафронов; Н.Б. Красников; А.М. Цыганов; П.В. Набоких; С.Н. Михайлов; Т.Н. Галямичева
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Вектор"
Priority date: 2005-03-21
Filing date: 2005-03-21
Publication date: 2005-09-10

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению, а именно, к конструкциям торцевых уплотнений и пружин для этих уплотнений, предназначенных как для восприятия усилий сжатия-растяжения, так и для передачи крутящего момента от одного механизма или детали к другой. Торцевое уплотнение вращающегося вала содержит неподвижное кольцо трения и размещенное на валу подвижное кольцо трения, причем на валу образован уступ, между которым и подвижным кольцом трения установлена пружина, поджимающая последнее к неподвижному кольцу трения, при этом один конец пружины зафиксирован относительно подвижного кольца трения и направление навивки пружины выполнено противоположным направлению вращения вала, а пружина выполнена конической, ее меньшее основание расположено со стороны уступа, в подвижном кольце трения выполнена прорезь, конец пружины в большем основании отогнут в радиальном направлении и вставлен в прорезь кольца трения, при этом внутренний диаметр «d» меньшего основания пружины меньше диаметра «D» вала. Коническая пружина для торцевого уплотнения содержит намотанные по спирали витки, при этом конец пружины со стороны большего основания отогнут в радиальном направлении наружу, а внутренний диаметр «d» меньшего основания пружины в ее исходном состоянии составляет от 0,89 до 0,99 диаметра «D» вала. В результате достигается повышение надежности работы торцевого уплотнения за счет сочетание в одной конической пружине функций пружины сжатия и пружины кручения, служащей для передачи усилий сжатия и крутящего момента подвижному кольцу трения.The utility model relates to mechanical engineering, namely, to the designs of mechanical seals and springs for these seals, designed both for the perception of compressive-tensile forces and for transmitting torque from one mechanism or part to another. The mechanical seal of the rotating shaft contains a stationary friction ring and a movable friction ring located on the shaft, and a step is formed on the shaft, between which a spring is installed, which compresses the latter to the stationary friction ring, and one end of the spring is fixed relative to the movable friction ring and the direction spring winding is made opposite to the direction of rotation of the shaft, and the spring is conical, its smaller base is located on the side of the ledge, in the movable friction ring a slot is made, the end of the spring in the larger base is bent in the radial direction and inserted into the slot of the friction ring, while the inner diameter "d" of the smaller spring base is less than the shaft diameter "D". The conical spring for the mechanical seal contains spiral wound coils, the end of the spring from the side of the larger base being bent radially outward, and the inner diameter "d" of the smaller base of the spring in its initial state is from 0.89 to 0.99 diameter "D "Shaft. The result is an increase in the reliability of the mechanical seal due to the combination of the functions of a compression spring and a torsion spring in one conical spring, which serves to transmit compression forces and torque to the sliding friction ring.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, а именно, к конструкциям торцевых уплотнений и пружин для этих уплотнений, предназначенных как для восприятия усилий сжатия-растяжения, так и для передачи крутящего момента от одного механизма или детали к другой.The utility model relates to mechanical engineering, namely, to the designs of mechanical seals and springs for these seals, designed both for the perception of compressive-tensile forces and for transmitting torque from one mechanism or part to another.

Известны торцевые уплотнения, включающие расположенный на валу опорно-нажимной узел, выполненный в виде ведущего и ведомого элементов и размещенной между ними осевой пружины с нешлифованными крайними витками с направлением навивки противоположно направлению вращения вала и поджимающей вращающееся кольцо к неподвижному, установленному в корпусе (Голубев Г.А. и др., Контактные уплотнения вращающихся валов, Москва, Машиностроение, 1976, с.209).Mechanical seals are known, including a support-pressure unit located on the shaft, made in the form of a driving and driven elements and an axial spring placed between them with unpolished extreme turns with the direction of winding opposite to the direction of rotation of the shaft and pressing the rotating ring to a fixed one installed in the housing (Golubev G .A. Et al., Contact seals of rotating shafts, Moscow, Mechanical Engineering, 1976, p.209).

Из этой же книги известна пружина для торцевого уплотнения, содержащая намотанные по цилиндрической спирали витки с направлением навивки противоположно направлению вращения вала.From the same book, a spring for mechanical seal is known, containing coils wound along a cylindrical spiral with the direction of winding opposite to the direction of rotation of the shaft.

В данном торцевом уплотнении поверхности ведущего и ведомого элементов, обращенные к осевой цилиндрической пружине, выполнены вертикально к оси вращения вала. В результате плоскости нешлифованных крайних витков пружины имеют значительную неперпендикулярность к ее образующей. В результате не обеспечивается контакт крайних витков пружины с ведущим и ведомым элементами торцевого уплотнения, что является причиной неравномерного распределения усилия пружины на контактную площадь колец трения. Как следствие имеют место утечки уплотняемой среды через зазор пары трения, вызываемые неравномерным распределением усилия пружины на контактную площадь колец трения.In this mechanical seal, the surfaces of the driving and driven elements facing the axial coil spring are made vertically to the axis of rotation of the shaft. As a result, the planes of unpolished extreme turns of the spring have significant non-perpendicularity to its generatrix. As a result, the contact of the extreme turns of the spring with the leading and driven elements of the mechanical seal is not ensured, which is the reason for the uneven distribution of the spring force on the contact area of the friction rings. As a result, leaks of the sealed medium through the gap of the friction pair occur, caused by the uneven distribution of the spring force on the contact area of the friction rings.

Наиболее близким к заявляемому торцевому уплотнению, как объекту полезной модели, является торцевое уплотнение вращающегося вала, содержащее неподвижное кольцо трения и размещенное на валу подвижное кольцо трения, причем на валу образован уступ, между которым и подвижным кольцом трения установлена пружина, поджимающая последнее к неподвижному кольцу трения, при этом один конец пружины зафиксирован относительно подвижного кольца трения и направление навивки пружины Closest to the claimed mechanical seal, as an object of the utility model, is the mechanical seal of a rotating shaft containing a fixed friction ring and a movable friction ring placed on the shaft, with a step formed on the shaft, between which and a movable friction ring there is a spring that compresses the latter to the fixed ring friction, while one end of the spring is fixed relative to the movable friction ring and the direction of winding the spring

выполнено противоположным направлению вращения вала (см., патент RU №2098705, кл. F 16 J 15/34, 10.12.1997).made in the opposite direction of rotation of the shaft (see, patent RU No. 2098705, class F 16 J 15/34, 12/10/1997).

Наиболее близкой к заявляемой пружине, как объекту полезной модели, является коническая пружина для торцевого уплотнения, содержащая намотанные по спирали витки (см., патент US №4436314, кл. F 16 J 15/36, 13.03.1984).Closest to the claimed spring, as an object of a utility model, is a conical spring for the mechanical seal containing spiral wound coils (see US patent No. 4436314, class F 16 J 15/36, 03/13/1984).

Однако данная конструкция торцевого уплотнения имеет много деталей сложной конфигурации, что усложняет конструкцию торцевого уплотнения, а известная коническая пружина размещена в эластичной манжете, что не позволяет в полной мере использовать ее свойства в части передачи крутящего момента к подвижному кольцу трения от вала, на котором установлена коническая пружина.However, this mechanical seal design has many details of complex configuration, which complicates the mechanical seal design, and the known conical spring is placed in an elastic cuff, which does not allow to fully use its properties in terms of transmitting torque to the moving friction ring from the shaft on which it is installed conical spring.

Основным недостатком указанной пружины является то, что эта пружина может работать на кручение, но не может работать на сжатие-растяжение. Витки пружины навиты вплотную или с небольшим зазором между витками во избежание трения между витками, а также с учетом деформации пружины при скручивании. При передаче крутящего момента оба упора, выполненные на торцах пружины, должны быть жестко закреплены, при этом размеры элементов крепления на сопряженных деталях всецело зависят от диаметра пружины.The main disadvantage of this spring is that this spring can work in torsion, but cannot work in compression-tension. The spring coils are wound tightly or with a small gap between the coils to avoid friction between the coils, and also taking into account the deformation of the spring during twisting. When transmitting torque, both stops made on the ends of the spring must be rigidly fixed, while the dimensions of the fastening elements on the mating parts completely depend on the diameter of the spring.

Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение надежности работы торцевого уплотнения за счет сочетания в одной конической пружине функций пружины сжатия и пружины кручения, служащей для передачи усилий сжатия и крутящего момента подвижному кольцу трения.The objective of the present utility model is to increase the reliability of the mechanical seal by combining the functions of a compression spring and a torsion spring in one conical spring, which serves to transmit compression forces and torque to the sliding friction ring.

Указанная задача в части торцевого уплотнения, как объекта полезной модели, решается за счет того, что торцевое уплотнение вращающегося вала содержит неподвижное кольцо трения и размещенное на валу подвижное кольцо трения, причем на валу образован уступ, между которым и подвижным кольцом трения установлена пружина, поджимающая последнее к неподвижному кольцу трения, при этом один конец пружины зафиксирован относительно подвижного кольца трения и направление навивки пружины выполнено противоположным направлению вращения вала, а пружина выполнена конической, ее меньшее основание расположено со стороны уступа, в подвижном кольце трения выполнена прорезь, конец пружины в большем основании отогнут в радиальном направлении и вставлен в прорезь кольца трения, при этом внутренний диаметр «d» меньшего основания пружины в ее исходном состоянии, т.е. состоянии, когда она не надета на вал, меньше диаметра «D» вала.This problem in terms of mechanical seal, as an object of a utility model, is solved due to the fact that the mechanical seal of the rotating shaft contains a fixed friction ring and a movable friction ring located on the shaft, and a step is formed on the shaft, between which there is a spring compressing the movable friction ring the latter to the stationary friction ring, while one end of the spring is fixed relative to the movable friction ring and the direction of winding the spring is made opposite to the direction of rotation of the shaft, and the spring and it is made conical, its smaller base is located on the side of the ledge, a slot is made in the movable friction ring, the end of the spring in the larger base is bent radially and inserted into the slot of the friction ring, while the inner diameter "d" of the smaller base of the spring in its original state, those. state when it is not put on the shaft, less than the diameter "D" of the shaft.

Указанная задача в части пружины, как объекта полезной модели, решается за счет того, что коническая пружина для торцевого уплотнения содержит намотанные по The specified problem in the part of the spring, as an object of a utility model, is solved due to the fact that the conical spring for the mechanical seal contains wound around

спирали витки, при этом конец пружины со стороны большего основания отогнут в радиальном направлении наружу, а внутренний диаметр «d» меньшего основания пружины составляет от 0,89 до 0,99 диаметра «D» вала.spiral coils, while the end of the spring from the side of the larger base is bent radially outward, and the inner diameter "d" of the smaller base of the spring is from 0.89 to 0.99 of the diameter "D" of the shaft.

Коническая пружина может быть выполнена из проволоки круглого или квадратного поперечного сечения с одинаковым шагом витков пружины или одинаковым углом подъема витков, а угол конусности пружины может составлять от 3° до 140°.A conical spring can be made of wire of round or square cross section with the same pitch of the coil of the spring or the same angle of elevation of the coils, and the taper angle of the spring can be from 3 ° to 140 °.

При передаче крутящего момента, рабочий момент, скручивает пружину, что делает ее работу устойчивой и предотвращает проскальзование меньшего основания пружины относительно вала. При передаче усилий сжатия меньшее основание конической пружины опирается на образованный на валу уступ, причем последний может быть выполнен как в виде проточки, так и образован посредством специально закрепленной на валу детали. Другое основание конической пружины имеет упор-поводок, образованный отогнутым в радиальном направлении концом пружины, входящий в прорезь вращающегося кольца трения торцевого уплотнения и передает ему тем самым крутящий момент от вала, причем пружина опирается на подвижное кольцо трения и тем самым воспринимает осевые усилия сжатия-растяжения. Выполнение внутреннего диаметра «d» меньшего основания пружины меньше 0,89 приводит к усилению износа вала в месте контакта его с основанием конической пружины, а выполнение меньшего основания конической пружины более 0,99 диаметра «D» вала не обеспечивает передачу пружиной крутящего момента от вала к подвижному кольцу трения в результате слабого контакта меньшего основания пружины с валом.When transmitting torque, the working moment twists the spring, which makes it stable and prevents slipping of the smaller base of the spring relative to the shaft. When transmitting compression forces, the smaller base of the conical spring rests on a ledge formed on the shaft, the latter can be made in the form of a groove or formed by means of a part specially mounted on the shaft. The other base of the conical spring has a stop-lead, formed by the radially bent end of the spring, which enters the slot of the rotating friction ring of the mechanical seal and thereby transmits torque to it from the shaft, the spring resting on the movable friction ring and thereby absorb axial compression forces stretching. The implementation of the inner diameter "d" of the smaller base of the spring is less than 0.89 leads to increased wear of the shaft at the point of contact with the base of the conical spring, and the implementation of the smaller base of the conical spring of more than 0.99 of the diameter "D" of the shaft does not allow the spring to transmit torque from the shaft to the movable friction ring as a result of weak contact of the smaller base of the spring with the shaft.

Угол конусности пружины может составлять от 3° до 140°.The taper angle of the spring can be from 3 ° to 140 °.

Благодаря конической конфигурации пружины, ее можно подобрать (рассчитать) для практически любых конкретных размеров вала и кольца трения и любого усилия сжатия и крутящего момента, при этом она не будет своими витками касаться поверхности вала (кроме витка меньшего основания) и тем самым изнашивать ее при передаче усилий сжатия-растяжения. При этом отпадает надобность в применении (разработке) различного рода дополнительных устройств (поводков, направляющих и т.п.), служащих для передачи крутящего момента от одного механизма (детали) к другому. Роль поводка выполняет выполненный на торце большего основания пружины радиально отогнутый относительно оси пружины упор-поводок, который входит в прорезь вращающегося подвижного кольца трения торцевого уплотнения, передавая ему тем самым крутящий момент.Due to the conical configuration of the spring, it can be selected (calculated) for almost any specific size of the shaft and the friction ring and any compression force and torque, while it will not touch the shaft surface with its turns (except for the coil of the smaller base) and thereby wear it when transmission of compressive-tensile forces. In this case, there is no need to use (develop) various kinds of additional devices (leads, guides, etc.) that serve to transmit torque from one mechanism (part) to another. The role of the leash is performed on the end of the larger base of the spring radially bent relative to the axis of the spring stop-leash, which enters the slot of the rotating movable friction ring of the mechanical seal, thereby transmitting torque to it.

На фиг.1 представлен продольный разрез торцевого уплотнения, на фиг.2 представлен продольный разрез торцевого уплотнения (второй вариант), на фиг.3 Figure 1 shows a longitudinal section of a mechanical seal, figure 2 shows a longitudinal section of a mechanical seal (second option), figure 3

представлен вид сбоку на коническую пружину для торцевого уплотнения, на фиг.4 представлен вид спереди на коническую пружину для торцевого уплотнения, на фиг.5 представлено подвижное кольцо трения торцевого уплотнения.a side view of a conical spring for mechanical seal is shown; FIG. 4 is a front view of a conical spring for mechanical seal; FIG. 5 is a sliding friction ring of the mechanical seal.

Торцевое уплотнение вращающегося вала (см. фиг.1, 2 и 5) содержит неподвижное кольцо трения 1 и размещенное на валу 2 подвижное кольцо трения 3, причем на валу 2 образован уступ. На фиг.1 уступ образован ступенчатым валом 2, а на фиг.2 роль уступа выполняет расположенное на валу рабочее колесо насоса. Между уступом и подвижным кольцом 3 трения установлена пружина 4, поджимающая последнее к неподвижному кольцу трения 1. Один конец пружины 4 зафиксирован относительно подвижного кольца трения 3 и направление навивки пружины 4 выполнено противоположным направлению вращения вала 2. Пружина 4 выполнена конической, ее меньшее основание расположено со стороны уступа вала 2. В подвижном кольце трения 3 выполнена прорезь 5 (см. фиг.5). Конец 6 пружины 4 в большем основании отогнут в радиальном направлении и вставлен в прорезь 5 подвижного кольца трения 3, при этом внутренний диаметр «d» меньшего основания пружины 4 в ее исходном состоянии меньше диаметра «D» вала The mechanical seal of the rotating shaft (see FIGS. 1, 2 and 5) comprises a fixed friction ring 1 and a movable friction ring 3 located on the shaft 2, and a ledge is formed on the shaft 2. In Fig. 1, the step is formed by a stepped shaft 2, and in Fig. 2, the role of the step is played by the impeller of the pump located on the shaft. Between the ledge and the movable friction ring 3, a spring 4 is installed, compressing the latter to the stationary friction ring 1. One end of the spring 4 is fixed relative to the movable friction ring 3 and the direction of winding of the spring 4 is opposite to the direction of rotation of the shaft 2. The spring 4 is conical, its smaller base is located from the side of the ledge of the shaft 2. In the movable friction ring 3, a slot 5 is made (see Fig. 5). The end 6 of the spring 4 in the larger base is bent in the radial direction and inserted into the slot 5 of the movable friction ring 3, while the inner diameter "d" of the smaller base of the spring 4 in its initial state is less than the diameter "D" of the shaft

Коническая пружина 4 (см. фиг.2 и 3) для торцевого уплотнения содержит намотанные по спирали витки, при этом конец 6 пружины 4 со стороны большего основания отогнут в радиальном направлении наружу, а внутренний диаметр «d» меньшего основания пружины 4 составляет от 0,89 до 0,99 диаметра «D» вала 2.The conical spring 4 (see FIGS. 2 and 3) for the mechanical seal contains spiral wound coils, while the end 6 of the spring 4 from the side of the larger base is bent radially outward, and the inner diameter “d” of the smaller base of the spring 4 is from 0 , 89 to 0.99 of diameter “D” of shaft 2.

Коническая пружина 4 может быть выполнена из проволоки круглого или квадратного поперечного сечения с одинаковым шагом «t» витков пружины 4 или одинаковым углом α подъема витков, а угол β конусности пружины 4 может составлять от 3° до 140°.The conical spring 4 can be made of wire of round or square cross section with the same pitch "t" of the coils of the spring 4 or the same angle α of lifting the coils, and the angle β of the taper of the spring 4 can be from 3 ° to 140 °.

При работе торцевого уплотнения рабочее усилие сжатия-растяжения прилагают вдоль оси пружины 4, а рабочее усилие крутящего момента передается от вращающегося вала 2 через пружину 4, меньшее основание которой надето с натягом на вал 2, подвижному кольцу трения 3 благодаря тому, что упор-поводок, образованный отогнутым концом 6 пружины 4, расположен в прорези 6 подвижного кольца трения 3. Поскольку направление навивки пружины 4 противоположно направлению вращения вала 2, пружина 4 работает на скручивание, что усиливает обжим меньшим основанием пружины 4 вала 2 и практически полностью исключает проскальзование пружины 4 относительно вала 2 при штатной работе торцевого уплотнения. Под действием осевого усилия сжатой пружины 4 подвижное кольцо трения 3 прижимается к неподвижному кольцу трения 1, обеспечивая герметизацию по плоскости их контакта.During the operation of the mechanical seal, the working compression-tension force is applied along the axis of the spring 4, and the working torque is transmitted from the rotating shaft 2 through the spring 4, the smaller base of which is fitted with an interference fit on the shaft 2, to the movable friction ring 3 due to the stop-leash formed by the bent end 6 of the spring 4 is located in the slot 6 of the movable friction ring 3. Since the direction of winding of the spring 4 is opposite to the direction of rotation of the shaft 2, the spring 4 works by twisting, which enhances the crimping with a smaller base dining shaft 2 and 4 substantially eliminates slippage springs 4 relative to the shaft 2 during normal operation of the mechanical seal. Under the action of the axial force of the compressed spring 4, the movable friction ring 3 is pressed against the stationary friction ring 1, providing sealing along the plane of their contact.

Настоящая полезная модель, может быть использована в машиностроении, нефтедобывающей и газодобывающей промышленности в насосах, турбинах и других видах машин, где требуется обеспечить герметичность между вращающимся валом и неподвижными элементами, например корпусом насоса или турбины.This utility model can be used in mechanical engineering, oil and gas industry in pumps, turbines and other types of machines where it is necessary to ensure tightness between a rotating shaft and fixed elements, such as a pump or turbine housing.

Claims

1. An end-face seal of a rotating shaft, comprising a fixed friction ring and a movable friction ring located on the shaft, a ledge being formed on the shaft, between which a spring is installed, compressing the latter to the stationary friction ring, while one end of the spring is fixed relative to the movable ring the friction and the direction of winding the spring is made opposite to the direction of rotation of the shaft, characterized in that the spring is conical, its smaller base is located on the side of the ledge, the sliding friction ring has a slot, the end of the spring in the larger base is bent in the radial direction and inserted into the slot of the friction ring, while the inner diameter d of the smaller spring base in its initial state is less than the shaft diameter D.

2. A conical spring for mechanical seal, containing spiral wound coils, characterized in that the end of the spring from the side of the larger base is bent radially outward, and the inner diameter d of the smaller base of the spring is from 0.89 to 0.99 of the diameter D of the shaft.

3. The conical spring according to claim 2, characterized in that it is made of wire of round or square cross section with the same pitch of the coil of the spring or the same angle of elevation of the coils.

4. The conical spring according to claim 2, characterized in that the taper angle of the spring is from 3 to 140 °.