RU65159U1 - HYDRODYNAMIC SEAL OF ROTATING COMPOUNDS (OPTIONS) AND SYSTEM OF HYDRODYNAMIC SEALS OF ROTATING COMPOUNDS - Google Patents
HYDRODYNAMIC SEAL OF ROTATING COMPOUNDS (OPTIONS) AND SYSTEM OF HYDRODYNAMIC SEALS OF ROTATING COMPOUNDS Download PDFInfo
- Publication number
- RU65159U1 RU65159U1 RU2006131138/22U RU2006131138U RU65159U1 RU 65159 U1 RU65159 U1 RU 65159U1 RU 2006131138/22 U RU2006131138/22 U RU 2006131138/22U RU 2006131138 U RU2006131138 U RU 2006131138U RU 65159 U1 RU65159 U1 RU 65159U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- seal
- edge
- seals
- contact zone
- hydrodynamic
- Prior art date
Links
Landscapes
- Sealing With Elastic Sealing Lips (AREA)
Abstract
Геометрическая форма для гидродинамического смазывания динамической уплотнительной, в основном, кольцеобразной кромки уплотнения вращающегося соединения, которая используется для разделения смазочного материала и окружающей среды. Динамическая уплотнительная кромка необходима для установления уплотнительного контакта со сжатием с вращающейся относительно нее поверхностью и для забивания клином пленки смазочной жидкости в стык между динамической кромкой и вращающейся поверхностью при относительном вращении, которое может быть направлено как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки. Подъем, содержащий вытянутое углубление, обеспечивает постепенное сужение, эффективный угол столкновения и постепенное увеличения давления в зоне контакта, что способствует эффективному гидродинамическому расклиниванию. Скошенные зоны контакта с повышенным давлением в результате краевых эффектов сжатия обеспечивают регулируемое перемещение смазочного материала внутри движущегося уплотняемого стыка между уплотнением и вращающейся относительно него поверхностью, что улучшает смазывание и обеспечивает меньший крутящий момент, необходимый для преодоления трения уплотнения.A geometrical form for hydrodynamic lubrication of a dynamic sealing, mainly o-ring lip seal of a rotating joint, which is used to separate the lubricant and the environment. A dynamic sealing lip is necessary for establishing sealing contact with compression with a surface rotating relative to it and for driving a film of lubricating fluid into the joint between the dynamic edge and the rotating surface during relative rotation, which can be directed either clockwise or counterclockwise. A lift containing an elongated recess provides a gradual narrowing, an effective collision angle and a gradual increase in pressure in the contact zone, which contributes to effective hydrodynamic wedging. The tapered contact zones with increased pressure as a result of the edge effects of compression provide controlled movement of the lubricant inside the moving seal joint between the seal and the surface rotating relative to it, which improves lubrication and provides less torque required to overcome seal friction.
Description
Настоящая полезная модель относится, в целом, к смазыванию уплотнений вращающихся соединений для продления срока эксплуатации и уменьшения крутящего момента, необходимого для преодоления трения уплотнения, износа и количества вырабатываемой теплоты. Уплотнения вращающихся соединений подходят для изоляции от внешней среды и удержания смазочного материала. В частности, настоящая полезная модель касается смазывания уплотнений, которые могут подвергаться большим перепадам давлений, большому сжатию в процентном выражении и могут вращаться как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки.This utility model relates generally to the lubrication of seals on rotating joints to extend the life of the system and reduce the torque needed to overcome seal friction, wear and the amount of heat generated. Rotary joint seals are suitable for isolating from the environment and retaining lubricant. In particular, the present utility model relates to the lubrication of seals, which can be subject to large pressure drops, large compression in percentage terms and can rotate both clockwise and counterclockwise.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения настоящей полезной модели геометрическая форма кромки гидродинамически смазываемого уплотнения подходит как для компрессионных уплотнений вращающихся соединений (то есть уплотнений, установленных с натягом), так и для гибких уплотнений вращающихся соединений уплотнений с кромкой, выступающей в виде консоли.In accordance with one preferred embodiment of the present utility model, the geometrical shape of the lip of a hydrodynamically lubricated seal is suitable both for compression seals of rotary joints (i.e., seals fitted with interference fit) and for flexible seals of rotary joints of seals with a lip projecting in the form of a cantilever.
Герметизированные упорные подшипниковые устройства забойных двигателей, вращающиеся регулируемые инструменты, вращающиеся противовыбросовые устройства и другое нефтепромысловое оборудование представляет целый ряд устройств со сложными для уплотнений вращающихся соединений условиями, как описано в переуступленных патентах США 4610319, 5195754, 5230520, 5738358, 5823541, 5873576, 6007105, 6036192, 6109618, 6120036, 6227547, 6315302, 6334619, 6382634, 6494462 и 6561520. Примеры герметизированных упорных подшипниковых устройств забойных двигателей содержатся в переуступленных патентах США 3730284, 4372400, 4476944 и 6439866. Примеры вращающихся противовыбросовых устройств описаны в переуступленных патентах США 4281724, 5178215, 5224557, 5647444, 5662181, 6016880, 6354385 и 6554016.Sealed downhole thrust bearings of downhole motors, rotary adjustable tools, rotary blowout preventers and other oilfield equipment are a variety of devices with difficult conditions for sealing rotary joints, as described in assigned US Pat. 6036192, 6109618, 6120036, 6227547, 6315302, 6334619, 6382634, 6494462 and 6561520. Examples of hermetic sealed thrust bearings of downhole motors are contained in assigned US Pat. 4372400, 4476944 and 6439866. Examples of rotating blowout preventers are described in assigned US patents 4281724, 5178215, 5224557, 5647444, 5662181, 6016880, 6354385 and 6554016.
Современный уровень техники в области уплотнений для такого оборудования представлен целым семейством гидродинамически смазываемых уплотнений, которые изготавливаются и поставляются согласно упомянутым выше переуступленным патентам. Эти уплотнения, известные в промышленности под торговой маркой "KALSI SEALS", обычно содержат подъемы синусоидальной гидродинамической формы, которые предназначены для введения пленки смазочного материала в движущийся уплотняемый стык между динамической поверхностью уплотнения и вращающимся элементом. Хотя The current state of the art in the field of seals for such equipment is represented by a family of hydrodynamically lubricated seals that are manufactured and delivered according to the aforementioned assigned patents. These seals, known in the industry under the trade name "KALSI SEALS", typically contain sine-wave lifts that are designed to introduce a film of lubricant into the moving seal joint between the dynamic seal surface and the rotating member. Though
подобные уплотнения хорошо функционируют при определенных условиях, существуют другие условия, в которых их рабочие характеристики недостаточно хороши. Одним набором таких трудных условий является ситуация, когда уплотнение работает в условиях вращения как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки и необходима увеличенная толщина пленки смазочного материала. Примером приложения с такими условиями является турбинный забойный двигатель. Уплотнения вращающихся соединений забойного двигателя работают в условиях вращения по часовой стрелке при обычном бурении и в условиях вращения против часовой стрелки при свободном вращении, которое может происходить при опускании колонны бурильных труб.such seals function well under certain conditions; there are other conditions in which their performance is not good enough. One set of such difficult conditions is when the seal operates in a clockwise or counterclockwise rotation and an increased film thickness of the lubricant is needed. An example application with such conditions is a downhole turbine engine. The seals of the rotating joints of the downhole motor operate under clockwise rotation during normal drilling and counterclockwise rotation under free rotation, which may occur when lowering the drill pipe string.
В существующих уплотнениях, содержащих подъемы синусоидальной гидродинамической формы, толщина пленки принимает наибольшее значение в области синусоиды, так как большая часть смазочного материала, которая попадает на передний край подъема, просто вытекает со стороны заднего края подъема. В результате движущийся уплотняемый стык менее хорошо смазывается со стороны, обращенной к внешней среде, что приводит к нежелательному износу, крутящему моменту и выработке теплоты в уплотнении, особенно при наличии одного или нескольких условий из следующего перечня:In existing seals containing lifts of a sinusoidal hydrodynamic shape, the film thickness takes on the greatest importance in the sinusoid region, since most of the lubricant that enters the front edge of the lift simply flows from the rear edge of the lift. As a result, the moving sealing joint is less well lubricated from the side facing the external environment, which leads to undesirable wear, torque and heat generation in the seal, especially if one or more of the conditions from the following list is present:
- смазочные материалы с малой вязкостью, значение которой меньше оптимального значения для смазывания;- lubricants with low viscosity, the value of which is less than the optimal value for lubrication;
- большой перепад давления поперек уплотнения;- a large pressure drop across the seal;
- высокая геотермическая температура окружающей среды;- high geothermal ambient temperature;
- материалы и конфигурации вала, которые препятствуют теплообмену;- materials and shaft configurations that impede heat transfer;
- высокое начальное сжатие уплотнения;- high initial compression of the seal;
- высокие скорости вращения;- high rotation speeds;
- близко расположенные дополнительные уплотнения, в которых накапливается теплота, выработанная в уплотнении.- closely located additional seals, in which the heat generated in the seal is accumulated.
Крутящий момент при работе связан со срезающим действием смазочного материала и контактом шероховатостей в движущемся уплотняемом стыке. Хотя существующие гидродинамические уплотнения функционируют с гораздо меньшим выделением теплоты, чем не гидродинамические уплотнения, выделению теплоты, связанному с наличием крутящего момента на преодоление трения уплотнения, по-прежнему уделяется значительное внимание. Существующие уплотнения обычно изготавливаются из эластомеров, для которых характерно ускоренное ухудшение свойств при повышенной температуре. Например, проблемы сопротивления среде, проблемы проникновения газа, разбухание, остаточная деформация при сжатии, экструзионное The torque during operation is associated with the shearing action of the lubricant and the contact of the roughness in the moving sealing joint. Although existing hydrodynamic seals operate with much less heat than non-hydrodynamic seals, the heat generated due to the presence of torque to overcome the friction of the seal continues to receive significant attention. Existing seals are usually made of elastomers, which are characterized by accelerated deterioration at elevated temperatures. For example, problems of resistance to the medium, problems of gas penetration, swelling, permanent compression deformation, extrusion
повреждение, связанное с давлением - все проблемы обостряются при высоких температурах.pressure damage - all problems are exacerbated at high temperatures.
Существующие уплотнения не могут использоваться в некоторых установках, характеризующихся высокими скоростями и высоким давлением, просто потому, что температура выходит за пределы пригодного интервала температур материала уплотнителя из-за теплоты, выделяющейся в уплотнителе. Кроме того, вращающиеся в обе стороны существующие уплотнители не обеспечивают достаточного смазывания в случае, если уплотняющая кромка содержит более твердые материалы, такие как армированный пластик на основе политетрафторэтилена («ПТФЭ»).Existing seals cannot be used in some installations with high speeds and high pressures, simply because the temperature is outside the usable temperature range of the sealant material due to the heat generated in the sealant. In addition, existing seals rotating in both directions do not provide sufficient lubrication if the sealing lip contains harder materials, such as reinforced plastic based on polytetrafluoroethylene (“PTFE”).
Обычно срок эксплуатации уплотнителя в конечном итоге ограничен подверженностью остаточной деформации при сжатии (то есть постоянной деформации), абразивному износу и экструзионному повреждению. Во многих установках было бы полезно применить гидродинамические уплотнения, способные работать с большими начальными сжатиями, позволяющими уплотнению выдерживать большие механические отклонения от оси, биения, допуски, остаточную деформацию при сжатии и износ. Во многих установках было бы предпочтительно иметь улучшенное смазываемое уплотнение при предельно жестких условиях эксплуатации и уплотнение, которое подвержено меньшему износу. Также во многих установках было бы полезно применить уплотнение, выделяющее меньше теплоты, которое бы испытывало меньшую утрату упругости, связанную с температурой, и, следовательно, для них увеличилась бы сопротивляемость экструзии при высоком давлении.Typically, the life of the seal is ultimately limited by susceptibility to permanent compression (i.e., permanent deformation), abrasion, and extrusion damage. In many installations it would be useful to use hydrodynamic seals capable of handling large initial compressions, allowing the seal to withstand large mechanical deviations from the axis, runout, tolerances, permanent compression deformation and wear. In many installations, it would be preferable to have an improved lubricated seal under extremely harsh operating conditions and a seal that is subject to less wear. Also, in many installations it would be useful to use a seal that produces less heat, which would experience less loss of elasticity associated with temperature, and therefore would increase their extrusion resistance at high pressure.
Фиг.10-13D из патента США 6109618 показывают выпуклую гидродинамическую геометрическую форму входного участка - форму скругленной поверхности, которая в поперечном сечении, выровненном вдоль окружности, выглядит изогнутой по радиусу и которая похожа на переднюю кромку обычного санного полоза. Уплотнители, изготовленные в соответствии с фиг.10-13D из патента США 6109618, содержат неотъемлемое, но едва различимое ограничение, состоящее в следующем: заданный размер, по существу, ориентированного вдоль окружности выпуклого гидродинамического входного участка не может обеспечить одинаковую степень сужения с валом для семейства уплотнений для различных диаметров валов.10-13D from US Pat. The gaskets made in accordance with FIGS. 10-13D of US Pat. seal families for various shaft diameters.
Диаметр вала значительно влияет на степень сужения для заданного размера выпуклого гидродинамического входного участка. Валы с меньшим диаметром сужаются с входным участком с большей скоростью, образуя более резкое сужение. Это влияет на эффективность забивания клином смазочного материала. Для одинакового размера выпуклого входного участка, уплотнители с меньшим диаметром, показанным на фиг.10-The shaft diameter significantly affects the degree of narrowing for a given size of the convex hydrodynamic inlet section. Shafts with a smaller diameter taper with the inlet section at a higher speed, forming a sharper taper. This affects the effectiveness of clogging the lubricant. For the same size of the convex inlet portion, the seals with the smaller diameter shown in FIG. 10-
13D из патента США 6109618, смазываются и промываются хуже, а уплотнители большего диаметра смазываются и промываются лучше.13D of US Pat. No. 6,109,618, are less lubricated and washed, and larger diameters are better lubricated and washed.
На фиг.17 схематично показана в несжатом состоянии взаимосвязь между различными диаметрами валов и радиусами ориентированных вдоль окружности гидродинамических входных участков. Фигура 17 не является изображением установленного сужения, она дает представление о взаимосвязи между диаметром вала и сужением для входного участка.On Fig schematically shown in an uncompressed state, the relationship between the different diameters of the shafts and the radii of the oriented along the circumference of the hydrodynamic inlet sections. Figure 17 is not an image of the established narrowing, it gives an idea of the relationship between the diameter of the shaft and the narrowing for the input section.
Как ясно видно из фиг.17, сужение выпуклого входного участка радиуса 2.00" к валу с диаметром 2.75" приблизительно в два раза больше, чем оно было бы при вале с диаметром 16.50". Также показано, что сужение выпуклого входного участка радиуса 2.00" к валу с диаметром 0.50" еще больше. В результате для вала с диаметром 16.50" характерно лучшее смазывание и более высокая интенсивность промывания по сравнению с валами диаметрами 0.50" или 2.75" при одинаковом размере входного участка.As can be clearly seen from Fig. 17, the narrowing of the convex inlet portion of radius 2.00 "to the shaft with a diameter of 2.75" is approximately two times larger than it would be for a shaft with a diameter of 16.50 ". It is also shown that the narrowing of the convex inlet portion of radius 2.00" to a shaft with a diameter of 0.50 "is even larger. As a result, a shaft with a diameter of 16.50" is characterized by better lubrication and a higher washing intensity compared to shafts with a diameter of 0.50 "or 2.75" with the same size of the inlet section.
Как можно видеть по пунктирной линии на фиг.17А, если сужение входного участка радиусом в 2.00" и вала диаметром в 16.50" увеличено в два раза для вала диаметром 0.50", то понятно (в результате недавних исследований, приведенных авторами настоящей полезной модели по контракту №DE-FG02-05ER84206 с Министерством энергетики США), что радиус входного участка должен был быть вогнутым, а не выпуклым. Таким образом, уплотнения малого диаметра должны иметь вогнутые входные участки для достижения такого же уровня гидродинамического смазывания, что и уплотнения большего диаметра с выпуклыми входными участками. В патенте США 6109618 не предусматривается использование вогнутых входных участков. На самом деле способы изготовления инструментов для уплотнений, соответствующих фиг.10-13 В патента США 6109618, не могут быть приспособлены для вогнутых входных участков.As can be seen from the dashed line in FIG. 17A, if the narrowing of the inlet portion with a radius of 2.00 "and a shaft with a diameter of 16.50" is doubled for a shaft with a diameter of 0.50 ", then it is understandable (as a result of recent studies cited by the authors of this utility model under contract No. DE-FG02-05ER84206 with the US Department of Energy) that the radius of the inlet should have been concave rather than convex, so small diameters should have concave inlets to achieve the same level of hydrodynamic lubrication as the larger Larger diameters with convex inlet portions. US Pat. No. 6,109,618 does not provide for concave inlet portions. In fact, methods for manufacturing tools for seals of FIGS. 10-13 of US Pat. No. 6,109,618 cannot be adapted for concave inlet portions.
Так как скважинное оборудование и инструмент имеют небольшие размеры, то некоторое количество вопросов требует разрешения, потому что некоторые параметры не могут уменьшаться линейно из-за практических производственных ограничений, допусков и конкретных требований установок.Since the downhole equipment and tools are small, a number of issues need to be resolved, because some parameters cannot be reduced linearly due to practical production constraints, tolerances and specific requirements of the installations.
Так как уплотнения вращающихся соединений уменьшаются, то уменьшение ширины поперечного сечения по радиусу приводит к меньшему сжатию в размерах при заданном начальном сжатии в процентах. Допуски не могут уменьшиться ниже определенного реального уровня, что вносит свой вклад в большие границы изменения сжатия. Жесткость вала также уменьшается нелинейно, способствуя большему радиальному отклонению и биению. Это приводит к большему сжатию одной стороны уплотнения и меньшему сжатию другой стороны.Since the seals of rotating joints are reduced, a decrease in the width of the cross-section along the radius leads to less compression in size at a given initial compression in percent. Tolerances cannot decrease below a certain real level, which contributes to the large boundaries of compression changes. The shaft stiffness also decreases non-linearly, contributing to greater radial deflection and runout. This results in more compression on one side of the seal and less compression on the other side.
Необходим некоторый минимальный уровень сжатия, так чтобы без потери уплотнительного контакта с валом уплотнение могло приспосабливаться к допускам, отклонению от оси, изнашиванию уплотнения и остаточной деформации при сжатии. Факторы, сформулированные выше, предписывают, что для достижения необходимого абсолютного значения сжатия для миниатюрных уплотнений необходимо увеличивать выраженное в процентах начальное сжатие по сравнению с уплотнениями большого диаметра.A certain minimum level of compression is necessary so that without loss of sealing contact with the shaft, the seal can adapt to tolerances, deviation from the axis, wear of the seal, and permanent compression deformation. The factors formulated above prescribe that in order to achieve the required absolute compression value for miniature seals, it is necessary to increase the initial compression ratio expressed as a percentage compared to large diameter seals.
Давление в зоне контакта в движущемся уплотняемом стыке связано со сжатием, выраженным в процентах, и модулем упругости материала уплотнения. Большее в процентном выражении сжатие ведет к большему давлению в зоне контакта уплотнения и вала, что уменьшает толщину гидродинамической смазывающей пленки, а уменьшение пленки в свою очередь приводит к более высокому трению, выделению большего количества теплоты и большему износу. Границы величины сжатия для существующих уплотнений накладывают соответствующие ограничения на минимальные размеры поперечного сечения, осуществимые при производстве. Для компенсации этого необходимы уплотнения, способные поддерживать более сильное гидродинамическое расклинивающее действие в обоих направлениях вращения.The pressure in the contact zone in the moving seal joint is associated with the compression, expressed as a percentage, and the elastic modulus of the seal material. A greater compression ratio leads to a higher pressure in the contact zone of the seal and the shaft, which reduces the thickness of the hydrodynamic lubricating film, and a decrease in the film in turn leads to higher friction, the release of more heat and more wear. The limits of compression for existing seals impose appropriate restrictions on the minimum cross-sectional dimensions practicable in production. To compensate for this, seals are required that can support a stronger hydrodynamic proppant in both directions of rotation.
Коротко настоящая полезная модель касается формы в целом кольцеобразной гидродинамически смазываемой динамической кромки уплотнения, что направлено на увеличение срока эксплуатации уплотнения в установках, где давление смазочного материала может быть значительно выше давления окружающей среды и где окружающая среда может содержать абразивные твердые частицы.Briefly, the present utility model relates to the shape of the generally annular hydrodynamically lubricated dynamic lip of the seal, which aims to increase the life of the seal in installations where the pressure of the lubricant can be significantly higher than the ambient pressure and where the environment may contain abrasive solids.
Настоящая полезная модель, в целом, касается уплотнений вращающихся соединений, предназначенных для уплотнения вращающихся компонентов механизма, при этом уплотнение должно удерживать смазочный материал и исключать проникновение со стороны окружающей среды, кроме того, уплотнение взаимодействует со смазочным материалом при относительном вращении для забивания клином пленки смазочного материала в движущийся уплотняемый стык между уплотнением и вращающейся относительно него поверхностью. Более конкретно, настоящая полезная модель относится к особой гидродинамической форме подъемов динамических кромок, которая подходит для вращения как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки, и для достижения эффективного гидродинамического смазывания в настоящей полезной модели регулируется давление в движущемся уплотняемом стыке. Это позволяет динамической кромке иметь сравнительно высокий уровень начального сжатия и сравнительно низкий крутящий момент для преодоления трения уплотнения и помогает This utility model generally relates to seals of rotary joints designed to seal rotary components of a mechanism, while the seal must retain lubricant and prevent penetration from the environment, in addition, the seal interacts with the lubricant during relative rotation to clog the lubricant film material in a moving sealed joint between the seal and the surface rotating relative to it. More specifically, the present utility model relates to the particular hydrodynamic shape of the dynamic edge rises, which is suitable for rotating both clockwise and counterclockwise, and in order to achieve effective hydrodynamic lubrication, the present utility model controls the pressure in the moving sealing joint. This allows the dynamic lip to have a relatively high initial compression ratio and a relatively low torque to overcome seal friction and helps
выдерживать сравнительно высокие перепады давления.withstand relatively high pressure drops.
Каждый из подъемов, соответствующих предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения, содержит вытянутое углубление, которое обеспечивает постепенное сужение с вращающейся относительно него поверхностью в направлении вдоль окружности, эффективный угол столкновения и постепенное увеличение в направлении вдоль окружности давления в зоне контакта. Указанные факторы способствуют эффективному гидродинамическому расклинивающему действию. Скошенные зоны контакта с повышенным давлением, полученные благодаря краевым эффектам сжатия, нужны для регулируемого перемещения смазочного материала через движущийся уплотняемый стык в направлении окружающей среды, что делается для улучшенного смазывания, для низкого крутящего момента для преодоления трения уплотнения при работе, для увеличенного срока эксплуатации и для способности гидродинамического функционирования при низких скоростях. Некоторая часть смазочного материала перемещается за пределами зон контакта с повышенным давлением, обеспечивая тем самым смазывание зон контакта с повышенным давлением. Когда смазочный материал перемещается через движущийся уплотняемый стык в окружающую среду, происходит утечка смазочного материала.Each of the lifts according to a preferred embodiment of the present invention contains an elongated recess that provides a gradual narrowing with a surface rotating relative to it in the circumferential direction, an effective collision angle and a gradual increase in the direction along the circumference of the pressure in the contact zone. These factors contribute to an effective hydrodynamic proppant. The beveled contact zones with increased pressure obtained due to the edge compression effects are needed for the controlled movement of the lubricant through the moving sealing joint in the direction of the environment, which is done for improved lubrication, for low torque to overcome seal friction during operation, for extended service life and for the ability of hydrodynamic functioning at low speeds. Some of the lubricant moves outside the contact areas with high pressure, thereby providing lubrication of the contact areas with high pressure. When the lubricant moves through a moving seal joint into the environment, the lubricant leaks.
Форма подъемов, соответствующая настоящему изобретению, подходит как для компрессионных уплотнений (то есть уплотнений, установленных с натягом), так и для гибких уплотнений вращающихся соединений с кромкой, выступающей в виде консоли. Форма может быть сконфигурирована для торцового уплотнения, когда динамическая кромка выступает, по существу, в осевом направлении для контакта с вращающейся поверхностью плоской формы. Альтернативно, форма может быть сконфигурирована для радиального уплотнения, когда динамическая кромка выступает, по существу, в радиальном направлении для контакта с вращающейся поверхностью цилиндрической формы.The shape of the lifts according to the present invention is suitable both for compression seals (i.e., seals installed with interference) and for flexible seals of rotary joints with an edge projecting in the form of a cantilever. The mold may be configured for mechanical sealing when the dynamic lip protrudes substantially in the axial direction to contact a rotating surface of a planar shape. Alternatively, the mold may be configured for radial sealing when the dynamic edge protrudes substantially in the radial direction to contact a rotating surface of a cylindrical shape.
Форма входного участка, образованная формой вытянутого углубления, может быть в целом выпуклой или вогнутой, или в некоторых местах выпуклой, а в других местах - вогнутой, что определяется диаметром динамической кромки и нужной скоростью сужения с вращающейся поверхностью.The shape of the inlet section, formed by the shape of the elongated recess, can be generally convex or concave, or in some places convex, and in other places, concave, which is determined by the diameter of the dynamic edge and the desired speed of narrowing with a rotating surface.
Для того чтобы подробно понять, каким образом достигаются упомянутые выше признаки, преимущества и задачи настоящей полезной модели, приводится коротко раскрытое выше более детальное описание со ссылками на предпочтительные варианты осуществления полезной модели. Данные варианты проиллюстрированы прилагаемыми чертежами. Тем не менее, заметим здесь, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только In order to understand in detail how the above-mentioned features, advantages, and objectives of the present utility model are achieved, the more detailed description that is briefly disclosed above is provided with reference to preferred embodiments of the utility model. These options are illustrated in the accompanying drawings. However, note here that the accompanying drawings illustrate only
типовые варианты выполнения настоящей полезной модели и, таким образом, не ограничивают объем защиты полезной модели, так как полезная модель допускает другие, не менее эффективные, варианты выполнения.typical embodiments of the present utility model and, thus, do not limit the scope of protection of the utility model, since the utility model allows other, equally effective, embodiments.
На чертежах представлено:The drawings show:
фиг.1 - частичный поперечный разрез, показывающий форму поперечного сечения кольцеобразного гидродинамического уплотнения, реализующего принципы полезной модели;figure 1 is a partial cross section showing the shape of the cross section of an annular hydrodynamic seal that implements the principles of the utility model;
фиг.1А - увеличенный частичный затененный вид в изометрии гидродинамического уплотнения на фиг.1 в несжатом состоянии и сконфигурированный для радиального сжатия, данный вид показывает вытянутое углубление и два полных подъема динамических кромок;figa is an enlarged partial shaded isometric view of the hydrodynamic seal of figure 1 in an uncompressed state and configured for radial compression, this view shows an elongated recess and two full lifting dynamic edges;
фиг.1В - частичный вид сверху, показывающий подъем уплотнения по фиг.1 и 1А для вращения по часовой стрелке;FIG. 1B is a partial plan view showing a lift of the seal of FIGS. 1 and 1A for clockwise rotation;
фиг.1С - разрез по С-С по фиг.1В;figs - section along CC in figv;
фиг.1D, 1E и 1F - разрезы D-D, Е-Е и F-F соответственно по фиг.1В;fig.1D, 1E and 1F - sections D-D, EE and F-F, respectively, in figv;
фиг.2 - вид зоны контакта двух полных подъемов динамической кромки уплотнения с фиг.1А, этот вид содержит карту контуров относительной величины давления в зоне контакта;figure 2 is a view of the contact zone of two full rises of the dynamic edge of the seal of figa, this view contains a map of the contours of the relative pressure in the contact zone;
фиг.2А и 2В - виды альтернативных форм зоны контакта динамической кромки уплотнения, соответствующего настоящей полезной модели;figa and 2B are views of alternative forms of the contact zone of the dynamic edge of the seal corresponding to the present utility model;
фиг.2С - вид, аналогичный виду по фиг.2, который показывает измененную минимальную ширину отклонения и угол зон контакта с повышенным давлением, призванные улучшить смазывание и уменьшить утечку;FIG. 2C is a view similar to that of FIG. 2, which shows a modified minimum deflection width and angle of contact zones with increased pressure, to improve lubrication and reduce leakage;
фиг.3 - увеличенный частичный затемненный вид в изометрии гидродинамического уплотнения, изображенного в несжатом состоянии и сконфигурированного в радиальном направлении для уплотнения вращающейся поверхности, имеющей цилиндрическую внутреннюю форму, такой как отверстие корпуса;figure 3 is an enlarged partially darkened isometric view of a hydrodynamic seal, depicted in an uncompressed state and configured in the radial direction to seal a rotating surface having a cylindrical inner shape, such as a housing opening;
фиг.3А и 3В - частичные затемненные виды в изометрии гидродинамических уплотнений, изображенных в несжатом состоянии и сконфигурированных в осевом направлении для уплотнения вращающейся поверхности, по существу, плоской формы, такой как фланец вала или корпус;3A and 3B are partial isometric views in isometric of hydrodynamic seals depicted in an uncompressed state and configured axially to seal a rotating surface of a substantially flat shape, such as a shaft flange or housing;
фиг.4-9 - виды поперечного сечения упрощенных вариантов выполнения гидродинамического уплотнения, соответствующего настоящей полезной модели, эти виды взяты в центре вытянутого углубления, при этом уплотнение находится в несжатом 4-9 are cross-sectional views of simplified embodiments of a hydrodynamic seal corresponding to the present utility model, these views are taken in the center of the elongated recess, while the seal is in uncompressed
состоянии;condition;
фиг.10, 11 и 12-12В - виды поперечного сечения предпочтительных вариантов выполнения гидродинамического уплотнения, соответствующего настоящей полезной модели, при этом уплотнения содержат пружинные пружинящие элементы для подпружинивания динамической кромки относительно вращающейся поверхности;10, 11 and 12-12B are cross-sectional views of preferred embodiments of a hydrodynamic seal corresponding to the present utility model, wherein the seals comprise spring-loaded spring elements for springing a dynamic edge relative to a rotating surface;
фиг.13 - поперечное сечение предпочтительного варианта выполнения гидродинамического уплотнения, согласно настоящей полезной модели, в центре вытянутого углубления, при этом уплотнение находится в несжатом состоянии;13 is a cross section of a preferred embodiment of a hydrodynamic seal, according to the present utility model, in the center of an elongated recess, wherein the seal is in an uncompressed state;
фиг.14 - частичный затемненный вид в изометрии предпочтительного варианта выполнения гидродинамического уплотнения по фиг.1, находящегося в несжатом состоянии и сконфигурированного для радиального сжатия, этот вид изображает вытянутое углубление и два полных подъема динамической кромки, вытянутое углубление имеет большую глубину для увеличения переносимости температурного расширения и износа литейной формы;Fig. 14 is a partially darkened isometric view of the preferred embodiment of the hydrodynamic seal of Fig. 1, which is in an uncompressed state and configured for radial compression. This view depicts an elongated recess and two full elevations of the dynamic edge, the elongated recess has a greater depth to increase the temperature tolerance expansion and wear of the mold;
фиг.15 - частичный затемненный вид в изометрии предпочтительного варианта выполнения гидродинамического уплотнения по фиг.1, показывающий подъем для вращения против часовой стрелки и вытянутое углубление;FIG. 15 is a partial isometric isometric view of a preferred embodiment of the hydrodynamic seal of FIG. 1, showing a counterclockwise lift for rotation and an elongated recess;
фиг.15А - увеличенная часть гидродинамического уплотнения по фиг.15, демонстрирующая гидродинамическую входную часть указанного подъема;figa is an enlarged part of the hydrodynamic seal of Fig.15, showing the hydrodynamic inlet of the specified rise;
фиг.15В - карта поверхности гидродинамического входного участка, показанного на фиг.15А;figv is a surface map of the hydrodynamic inlet section shown in figa;
фиг.16-16С - схематичный вид, иллюстрирующий способ построения линий карты в площади, ограниченной профилями построения с фиг.15В, указанные линии карты определяют поверхность вытянутого углубления, показанного на фиг.15 и 15А;Fig.16-16C is a schematic view illustrating a method of constructing map lines in an area limited by the construction profiles of Fig.15B, these map lines define the surface of the elongated recess shown in Fig.15 and 15A;
фиг.16D - схематичный вид, иллюстрирующий способ построения, который можно использовать для установки скорости сужения переменной кривизны склона 49 углубления и, таким образом, регулирования сужения склона углубления и вращающейся поверхности;Fig.16D is a schematic view illustrating a construction method that can be used to set the narrowing speed of the variable curvature of the slope 49 of the recess and, thus, regulate the narrowing of the slope of the recess and the rotating surface;
фиг.17 и 17А - схематический вид, иллюстрирующий в несжатом состоянии соотношение между диаметрами вала и радиусами ориентированного вдоль окружности гидродинамического входного участка.17 and 17A is a schematic view illustrating, in an uncompressed state, the relationship between the shaft diameters and the radii of the hydrodynamic inlet section oriented along the circumference.
Для более полного понимания настоящей полезной модели фиг.1-2 В необходимо рассматривать вместе, так как общее представление не может быть передано никакой одной фигурой. Элементы в данном описании, которые обозначены одинаковыми ссылочными позициями, имеют одинаковые функции. Для ориентации следует учесть, что For a more complete understanding of the present utility model, FIGS. 1-2 B need to be considered together, since the general representation cannot be conveyed by any single figure. Elements in this description, which are denoted by the same reference position, have the same functions. For orientation, it should be noted that
для разрезов, показанных на фиг.1, 1D-1F и 4-13, плоскость резания проходит через теоретическую ось уплотнения, плоскость схематичных видов с фиг.16-17 расположена под прямыми углами к теоретической оси уплотнения, предназначенного для уплотнения вращающегося вала.for the cuts shown in figures 1, 1D-1F and 4-13, the cutting plane passes through the theoretical axis of the seal, the plane of the schematic views of Fig.16-17 is located at right angles to the theoretical axis of the seal, designed to seal the rotating shaft.
На фиг.1 представлен частичный поперечный разрез, дающий общий обзор того, как в механизме применяется предпочтительный вариант выполнения полезной модели. По существу кольцеобразное уплотнение 2 вращающегося соединения содержит, по меньшей мере, одну динамическую кромку 4, которая также имеет кольцеобразную форму. Динамическая кромка 4 соответствует особым гидродинамическим признакам настоящего изобретения (описанным вместе с последующими фигурами), что позволяет динамической кромке 4 функционировать с меньшим выделением теплоты, меньшим износом, делает ее более подходящей для работы на валах с плохой теплопроводностью и более подходящей для использования при сильном в процентном выражении сжатии, связанным с малыми поперечными сечениями уплотнений, установленных с натягом.Figure 1 shows a partial cross-sectional view giving an overview of how the preferred embodiment of the utility model is used in the mechanism. The substantially annular seal 2 of the rotary joint comprises at least one dynamic lip 4, which also has an annular shape. The dynamic edge 4 corresponds to the special hydrodynamic features of the present invention (described together with the following figures), which allows the dynamic edge 4 to function with less heat generation, less wear, makes it more suitable for working on shafts with poor thermal conductivity and more suitable for use with strong the percentage of compression associated with small cross-sections of seals installed with interference.
Особые гидродинамические признаки настоящей полезной модели могут быть применены в динамических кромках многих различных типов уплотнений вращающихся соединений, таких как уплотнения, установленные с натягом, или подпружиненные уплотнения с кромкой, выступающей в виде консоли. Для иллюстрации уплотнение 2, показанное на фиг.1, является типовым уплотнением, установленным с натягом, которое установлено со сжатием между компонентом 8 механизма и вращающейся относительно него поверхностью 5.The particular hydrodynamic features of the present utility model can be applied to the dynamic lips of many different types of seals of rotating joints, such as seals mounted with interference, or spring-loaded seals with an edge projecting in the form of a cantilever. To illustrate, the seal 2 shown in FIG. 1 is a typical seal installed with an interference fit that is installed in compression between the component 8 of the mechanism and the surface 5 rotating relative thereto.
Цель уплотнения 2 заключается в образовании уплотнительного контакта с вращающейся поверхностью 5, в удержании объема первой текучей среды 6, в разделении первой текучей среды 6 и второй текучей среды 7, в изолировании второй текучей среды 7 и в предотвращении проникновения второй текучей среды 7 в первую текучую среду 6. В данном описании термин «текучая среда» используется в широком толковании, охватывающем как жидкости, так и газы.The purpose of the seal 2 is to form a sealing contact with the rotating surface 5, to hold the volume of the first fluid 6, to separate the first fluid 6 and the second fluid 7, to isolate the second fluid 7 and to prevent the penetration of the second fluid 7 into the first fluid environment 6. In this description, the term "fluid" is used in a broad interpretation, covering both liquids and gases.
Первый компонент 8 механизма обычно определяет местоположение (то есть, расположение) уплотнения 2. Для иллюстрации типового приложения первый компонент 8 механизма изображен содержащим, в основном, кольцеобразную канавку 26 для уплотнения с первой стенкой 12 канавки и второй стенкой 13 канавки, которые расположены напротив друг друга. Условия для местоположения уплотнения могут быть другими, что, однако, не выходит за рамки сущности или объема полезной модели.The first mechanism component 8 typically determines the location (i.e., location) of the seal 2. To illustrate a typical application, the first mechanism component 8 is depicted comprising a substantially annular seal groove 26 with a first groove wall 12 and a second groove wall 13 that are opposite each other friend. The conditions for the location of the seal may be different, which, however, does not go beyond the essence or scope of the utility model.
В отрасли гидродинамических уплотнений первая стенка 12 канавки часто называется «стенкой уплотнения со стороны смазочного материала», а вторая стенка 13 In the hydrodynamic seal industry, the first groove wall 12 is often referred to as the “lubricant side seal wall” and the second wall 13
канавки часто называется «стенкой уплотнения со стороны окружающей среды». Хотя первая стенка 12 канавки и вторая стенка 13 канавки показаны неподвижными, с постоянным взаимным расположением друг относительно друга, это не ограничивает объем полезной модели, так как в настоящей полезной модели допускаются другие подходящие формы. Например, первая стенка 12 канавки и/или вторая стенка 13 канавки могут отделяться от компонента 8 механизма для простоты технического обслуживания и ремонта, а затем устанавливаться более или менее неподвижным образом, чтобы между ними располагалось уплотнение. В другом примере, если уплотнение является уплотнением с корпусом и кромкой, выступающей в виде консоли, таким как показано на фиг.12-12А, то для расположения уплотнения обычно используется только одна стенка. Такие уплотнения обычно устанавливаются в отверстии, обработанном цекованием.grooves are often referred to as the “environmental seal wall”. Although the first groove wall 12 and the second groove wall 13 are shown to be stationary, with a constant relative position to each other, this does not limit the scope of the utility model, since other suitable shapes are allowed in the present utility model. For example, the first groove wall 12 and / or the second groove wall 13 may be separated from the component 8 of the mechanism for ease of maintenance and repair, and then installed in a more or less fixed manner so that a seal is located between them. In another example, if the seal is a seal with a housing and an edge projecting in the form of a cantilever, such as shown in FIGS. 12-12A, then only one wall is typically used to position the seal. Such seals are usually installed in a hole machined with a plating.
По меньшей мере, часть динамической кромки 4 сжата вращающейся поверхностью 5 второго компонента 10 механизма. При работе вращающаяся поверхность 5 вращается относительно динамической кромки 4 уплотнения 2 и относительно первого компонента 8 механизма. Полезная модель применима в таких установках, где вращаются или первый компонент 8 механизма, или второй компонент 10 механизма, или оба компонента вместе.At least part of the dynamic edge 4 is compressed by the rotating surface 5 of the second mechanism component 10. During operation, the rotating surface 5 rotates relative to the dynamic edge 4 of the seal 2 and relative to the first component 8 of the mechanism. The utility model is applicable in such installations where either the first component 8 of the mechanism, or the second component 10 of the mechanism, or both components rotate.
Уплотнение 2 в целом кольцеобразной формы имеет теоретическую осевую линию (не показана), и поперечный разрез по фиг.1 является поперечным разрезом вдоль осевой линии, взятым в плоскости резания, которая проходит через теоретическую осевую линию; то есть теоретическая осевая линия расположена на плоскости резания. Направление вдоль окружности относительного вращения расположено нормально (перпендикулярно) к плоскости поперечного сечения, а теоретическая осевая линия уплотнения 2, как правило, совпадает с осью относительного вращения.The generally annular seal 2 has a theoretical center line (not shown), and the cross section of FIG. 1 is a cross section along the center line taken in a cutting plane that passes through the theoretical center line; that is, the theoretical center line is located on the cutting plane. The direction along the circumference of the relative rotation is normal (perpendicular) to the plane of the cross section, and the theoretical axial line of the seal 2, as a rule, coincides with the axis of relative rotation.
Уплотнение 2 предпочтительно содержит первый концевой участок 14 уплотнения, который обычно направлен к первой стенке 12 канавки и первой текучей среде 6. Также предпочтительно, чтобы уплотнение 2 содержало второй концевой участок 15 уплотнения, который обычно направлен ко второй стенке 13 канавки и второй текучей среде 7. В отрасли гидродинамических уплотнений первый концевой участок 14 уплотнения часто называется «концевой участок со стороны смазочного материала», а второй концевой участок 15 уплотнения часто называется «концевой участок со стороны окружающей среды». Первый концевой участок 14 уплотнения предпочтительно расположен, в целом, напротив второго концевого участка 15. Первый концевой участок 14 уплотнения и второй концевой участок 15 уплотнения могут иметь другие конкретные формы, не выходя при этом за пределы сущности или объема полезной модели.The seal 2 preferably contains a first end portion 14 of the seal, which is usually directed towards the first wall 12 of the groove and the first fluid 6. It is also preferable that the seal 2 comprises a second end portion 15 of the seal, which is usually directed to the second wall 13 of the groove and the second fluid 7 In the hydrodynamic seal industry, the first end portion 14 of the seal is often referred to as the “end portion on the lubricant side” and the second end portion 15 of the seal is often called the “end portion with side of the environment. " The first end portion 14 of the seal is preferably disposed generally opposite the second end portion 15. The first end portion 14 of the seal and the second end portion 15 of the seal may have other specific shapes without departing from the spirit or scope of the utility model.
Хотя показано, что первый концевой участок 14 уплотнения расположен с зазором относительно первой стенки 12 канавки, особая гидродинамическая форма настоящей полезной модели также подходит для уплотнений, изготовленных так, чтобы выдерживать одновременный контакт как с первой стенкой 12 канавки, так и со второй стенкой 13 канавки в соответствии с принципами технических решений, описанных в переуступленных патентах США 5873576, 6036192 и 6315302.Although it is shown that the first end portion 14 of the seal is positioned with a gap relative to the first wall 12 of the groove, the particular hydrodynamic shape of this utility model is also suitable for seals made to withstand simultaneous contact with both the first wall 12 of the groove and the second wall 13 of the groove in accordance with the principles of technical solutions described in assigned US patents 5873576, 6036192 and 6315302.
Вращающаяся поверхность 5 может принимать форму вовне и вовнутрь направленной, по существу, цилиндрической поверхности по желанию, при этом уплотнение 2 сжато по радиусу между первым компонентом 8 механизма и вторым компонентом 10 механизма. В таком случае ось относительного вращения расположена, по существу, параллельно вращающейся поверхности 5. Когда уплотнение имеет радиальную конфигурацию, динамическая кромка 4 сжата, по существу, в радиальном направлении, и периферийная стенка 11 выполнена, по существу, цилиндрической, а первая стенка 12 канавки, вторая стенка 13 канавки, первый концевой участок 14 уплотнения и второй концевой участок 15 уплотнения могут быть, по существу, плоскими.The rotating surface 5 may take on an outward and inward directed substantially cylindrical surface as desired, with the seal 2 being radially compressed between the first component 8 of the mechanism and the second component 10 of the mechanism. In this case, the axis of relative rotation is located essentially parallel to the rotating surface 5. When the seal has a radial configuration, the dynamic lip 4 is compressed essentially in the radial direction, and the peripheral wall 11 is made essentially cylindrical, and the first wall 12 of the groove , the second groove wall 13, the first seal end portion 14 and the second seal end portion 15 may be substantially flat.
В предпочтительном варианте выполнения вращающаяся поверхность 5 может быть выполнена, по существу, плоской, при этом уплотнение 2 сжато по оси между первым компонентом 8 механизма и вторым компонентом 10 механизма. Такое решение называется «поверхностной герметизацией», и в этом случае ось вращения направлена перпендикулярно вращающейся поверхности 5. При осевой (поверхностной) форме уплотнения динамическая кромка 4 сжимается, по существу, в осевом направлении, и периферийная стенка 11 может быть, по существу, плоской, а первая стенка 12 канавки, вторая стенка 13 канавки, первый концевой участок 14 уплотнения и второй концевой участок 15 уплотнения могут быть выполнены, по существу, цилиндрическими.In a preferred embodiment, the rotating surface 5 may be substantially flat, wherein the seal 2 is axially compressed between the first component 8 of the mechanism and the second component 10 of the mechanism. Such a solution is called “surface sealing”, in which case the axis of rotation is directed perpendicular to the rotating surface 5. With the axial (surface) shape of the seal, the dynamic lip 4 is compressed essentially in the axial direction, and the peripheral wall 11 can be essentially flat and the first groove wall 12, the second groove wall 13, the first seal end portion 14, and the second seal end portion 15 may be substantially cylindrical.
Сжатие (то есть сдавливание, контакт) динамической кромки 4 вращающейся поверхностью 5 устанавливает и определяет зону 16 контакта в стыке между динамической кромкой 4 и вращающейся поверхностью 5. Зона 16 контакта содержит некольцеобразный первый край 17 зоны контакта, направленный к первой текучей среде 6, и второй край 18 зоны контакта, предпочтительно кольцеобразной формы, направленный ко второй текучей среде 7.Compression (i.e., squeezing, contact) of the dynamic edge 4 by the rotating surface 5 establishes and defines the contact zone 16 at the interface between the dynamic edge 4 and the rotating surface 5. The contact zone 16 comprises a non-ring-shaped first edge 17 of the contact zone directed towards the first fluid 6, and the second edge 18 of the contact zone, preferably an annular shape, directed towards the second fluid 7.
Динамическая кромка 4 предпочтительно содержит динамическую стопорную линию пересечения 19 обрывистой кольцеобразной формы, которая, по существу, выровнена с направлением относительного вращения и предназначена для недопущения проникновения второй текучей среды 7. Указанная линия пересечения 19 выполнена в The dynamic edge 4 preferably contains a dynamic stop line of intersection 19 of a steep annular shape, which is essentially aligned with the direction of relative rotation and is designed to prevent the penetration of the second fluid 7. The specified line of intersection 19 is made in
соответствии с принципами, изложенными в переуступленном патенте США 4610319. Динамическая стопорная линия пересечения 19 имеет такую форму, которая не предполагает гидродинамического расклинивающего действия при относительном вращении динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5. Динамическая стопорная линия пересечения 19 представляет собой зачищающий край, который помогает исключить проникновение загрязняющих веществ от зоны 16 контакта в стыке в случае любого относительного перемещения, перпендикулярного направлению относительного вращения динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5. Динамическая стопорная линия пересечения 19 не нужна до тех пор, пока для более эффективной защиты от проникновения со стороны окружающей среды не требуется обрывистость и кольцеобразная форма.in accordance with the principles set forth in US Pat. No. 4,610,319. The dynamic stop line of intersection 19 has a shape that does not imply a hydrodynamic wedging action with the relative rotation of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5. The dynamic stop line of intersection 19 is a stripping edge that helps to eliminate the penetration of contaminants from the contact zone 16 at the junction in case of any relative movement perpendicular to the relative direction rotation of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5. A dynamic stopping line of intersection 19 is not necessary until, for more effective protection against penetration from the environment, a breakage and an annular shape are required.
Вращающаяся поверхность 5 второго компонента 10 механизма и периферийная стенка 11 первого компонента 8 механизма расположены на некотором расстоянии друг от друга. Для компрессионного уплотнения, такого, которое показано на фиг.1, расстояние между вращающейся поверхностью 5 и периферийной стенкой 11 выбрано таким образом, чтобы уплотнение, расположенное между ними, было сжато. Аналогично обычным уплотнениям, установленным с натягом, таким как О-образное кольцо или О-образное самоустанавливающееся манжетное уплотнение, сжатие уплотнения 2 устанавливает уплотняемый стык между статичной уплотнительной поверхностью 20 уплотнения 2 и периферийной стенкой 11 первого компонента 8 механизма. Также сжатие устанавливает упомянутую выше зону 16 контакта в стыке между динамической кромкой 4 и вращающейся относительно нее поверхностью 5.The rotating surface 5 of the second component 10 of the mechanism and the peripheral wall 11 of the first component 8 of the mechanism are located at some distance from each other. For a compression seal, such as that shown in FIG. 1, the distance between the rotating surface 5 and the peripheral wall 11 is selected so that the seal located between them is compressed. Similar to conventional tightened seals, such as an O-ring or an O-ring self-aligning lip seal, compressing the seal 2 establishes a seal joint between the static sealing surface 20 of the seal 2 and the peripheral wall 11 of the first mechanism component 8. Compression also establishes the aforementioned contact zone 16 at the junction between the dynamic edge 4 and the surface 5 rotating relative to it.
Когда динамическая кромка 4 и вращающаяся относительно нее поверхность 5 вращаются друг относительно друга, зона 16 контакта представляет собой движущийся уплотняемый стык, при этом динамическая кромка 4 скользит по вращающейся относительно нее поверхности 5. Когда динамическая кромка 4 и вращающаяся относительно нее поверхность 5 не вращаются друг относительно друга, зона 16 контакта представляет собой статичный уплотняемый стык.When the dynamic edge 4 and the surface 5 rotating relative to it rotate relative to each other, the contact zone 16 is a moving sealed joint, while the dynamic edge 4 slides along the surface rotating relative to it 5. When the dynamic edge 4 and the surface 5 rotating relative to it do not rotate relative to each other, the contact zone 16 is a static sealed joint.
Как показано, периферийная стенка 11 может располагаться, по существу, параллельно вращающейся поверхности 5 или располагаться под углом к вращающейся поверхности 5, как показано на фиг.4, 6, 7, 8 или 9 переуступленного патента США 5230520.As shown, the peripheral wall 11 may be arranged substantially parallel to the rotating surface 5, or angled with the rotating surface 5, as shown in FIGS. 4, 6, 7, 8, or 9 of the assigned US Pat. No. 5,230,520.
В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения ширина зоны 16 разная в разных точках окружности в соответствии с особой гидродинамической геометрической формой, показанной на последующих фигурах. Первый край 17 зоны In a preferred embodiment of the present invention, the width of zone 16 is different at different points of the circle in accordance with the particular hydrodynamic geometric shape shown in the following figures. The first edge of zone 17
контакта предпочтительно имеет не кольцеобразную (то есть волнистую) форму в соответствии с особой гидродинамической геометрической формой и в ответ на относительное вращение уплотнения 2 и вращающейся поверхности 5 порождает гидродинамическое расклинивающее действие. Данное гидродинамическое расклинивающее действие с целью смазывания загоняет пленку смазочной текучей среды (то есть пленку первой текучей среды 6) в зону 16 контакта в стыке между динамической кромкой 4 и вращающейся поверхностью 5, что уменьшает износ, крутящий момент и количество выделяемой теплоты. Следовательно, при относительном вращении динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5 динамическая кромка 4 скользит или гидропланирует по поверхности пленки смазывающей текучей среды. Когда относительное вращение прекращается, также прекращается гидропланирование, и между динамической кромкой 4 и вращающейся поверхностью 5 вновь устанавливается неподвижное уплотнение, возникающее посредством начального сжатия динамической кромки 4 относительно вращающейся поверхности 5.The contact preferably has a non-annular (i.e. wavy) shape in accordance with a particular hydrodynamic geometric shape and, in response to the relative rotation of the seal 2 and the rotating surface 5, generates a hydrodynamic proppant. This hydrodynamic wedging action for lubrication drives the lubricating fluid film (i.e., the first fluid film 6) into the contact zone 16 at the interface between the dynamic edge 4 and the rotating surface 5, which reduces wear, torque and the amount of heat released. Therefore, with the relative rotation of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5, the dynamic edge 4 slides or hydroplans over the surface of the lubricating fluid film. When the relative rotation is stopped, hydroplaning is also stopped, and a stationary seal is again established between the dynamic edge 4 and the rotating surface 5, which occurs by initial compression of the dynamic edge 4 relative to the rotating surface 5.
Гидропланирование минимизирует или предотвращает обычный износ при сухом трении и высокое трение, характерные для обычных не гидродинамических каучуковых и пластиковых уплотнений, увеличивая тем самым срок эксплуатации уплотнения 2 и срок эксплуатации вращающейся поверхности 5. Благодаря гидропланированию становятся возможными более высокие скорости, большее сжатие и больший перепад давлений даже в том случае, когда часть динамической кромки 4 изготовлена из пластика, такого как армированный ПТФЭ.Hydroplaning minimizes or prevents the usual wear and tear during dry friction and high friction, typical of conventional non-hydrodynamic rubber and plastic seals, thereby increasing the life of the seal 2 and the life of the rotating surface 5. Thanks to hydroplanning, higher speeds, greater compression and greater differential are possible pressure even when part of the dynamic edge 4 is made of plastic, such as reinforced PTFE.
Если уплотнение с улучшенной геометрической формой, соответствующей настоящей полезной модели, устанавливается на незафиксированный поршень компенсации давления, то уменьшенный крутящий момент, необходимый для преодоления трения уплотнения, вряд ли станет причиной кружения поршня во внутреннем диаметре сопряженного корпуса. Также уменьшенный крутящий момент снижает вероятность возникновения нежелательного проскальзывания уплотнения 2 относительно компонента 10 механизма по сравнению с существующими уплотнениями. Это очень важное соображение для уплотнений большого диаметра. Проскальзывание может быть разным в разных местах окружности большого уплотнения, что приведет к появлению местных напряжений, способствующих разрывам при растяжении. Для уплотнения с меньшим крутящим моментом такие разрывы менее вероятны.If a seal with an improved geometric shape corresponding to the present utility model is mounted on an unsecured pressure compensation piston, then the reduced torque required to overcome the seal friction is unlikely to cause the piston to circle in the inner diameter of the mating body. Also, reduced torque reduces the likelihood of unwanted slippage of the seal 2 relative to the component 10 of the mechanism compared to existing seals. This is a very important consideration for large diameter seals. Slippage can be different in different places of the circumference of a large seal, which will lead to the appearance of local stresses that contribute to tensile ruptures. For less torque seals, such breaks are less likely.
Второй край 18 (иногда называемый «краем со стороны окружающей среды») зоны 16 контакта предпочтительно имеет, по существу, кольцеобразную форму и выровнен относительно возможных направлений вращения динамической кромки 4 и вращающейся The second edge 18 (sometimes called the "environmental side") of the contact zone 16 preferably has a substantially annular shape and is aligned with the possible directions of rotation of the dynamic edge 4 and the rotating
относительно нее поверхности 5. Второй край 18 зоны контакта образован в результате сжатия вращающейся поверхностью 5 динамической стопорной линии пересечения 19. Поскольку второй край 18 зоны контакта имеет, по существу, кольцеобразную форму и выровнен относительно возможных направлений вращения, он не порождает гидродинамического расклинивающего действия в ответ на относительное вращение динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5. Согласно техническому решению, описанному в переуступленном патенте США 4610319, это способствует исключению проникновения второй текучей среды 7.relative to the surface 5. The second edge 18 of the contact zone is formed as a result of compression by the rotating surface 5 of the dynamic stop line of intersection 19. Since the second edge 18 of the contact zone has a substantially annular shape and is aligned with respect to possible directions of rotation, it does not generate a hydrodynamic wedging action in response to the relative rotation of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5. According to the technical solution described in the assigned patent US 4610319, this contributes to the exclusion The penetration of the second fluid 7.
Динамическая кромка 4 может быть изготовлена из любого подходящего уплотнительного материала или комбинации материалов, включая эластомерные или резиноподобные материалы, включая, например, эластомеры, армированные углеродным волокном или тканью, пластмассы и различные материалы, образующие составные конструкции, такие как, например, пластиковый кожух, прикрепленный к эластомерной конструкции (пример подобной конструкции содержится на фиг.13)The dynamic edge 4 may be made of any suitable sealing material or combination of materials, including elastomeric or rubber-like materials, including, for example, elastomers reinforced with carbon fiber or fabric, plastics and various materials forming composite structures, such as, for example, a plastic casing, attached to an elastomeric structure (an example of such a structure is contained in FIG. 13)
Предпочтительным является выполнение динамической кромки 4 из упругого уплотнительного материала с высокими характеристиками износа и сопротивляемости экструзии. В варианте выполнения по фиг.1 динамическая кромка снабжена пружинящим элементом 21, предназначенным для прижатия динамической кромки 4 к вращающейся поверхности 5 и для регулирования деформации уплотнения и силой, возникающей в зоне контакта динамической кромки 4 и вращающейся относительно нее поверхности 5. Также пружинящий элемент 21 может прижимать статичную уплотнительную поверхность 20 к периферийной стенке 11, как показано на фиг.1. Не выходя за границы объема или сущности полезной модели, пружинящий элемент 21 может принимать любую из возможных форм, известных в технике, включая, например, эластомерные кольца и различной формы пружины. Пружинящий элемент 21 также может быть расположен в кольцевидной канавке 22 любой подходящей формы.It is preferable to make a dynamic edge 4 of an elastic sealing material with high characteristics of wear and resistance to extrusion. In the embodiment of FIG. 1, the dynamic edge is provided with a spring element 21 designed to press the dynamic edge 4 against the rotating surface 5 and to control the seal deformation and the force arising in the contact zone of the dynamic edge 4 and the surface 5 rotating relative to it 5. Also, the spring element 21 can press the static sealing surface 20 against the peripheral wall 11, as shown in figure 1. Without going beyond the boundaries of the volume or essence of the utility model, the spring element 21 can take any of the possible forms known in the art, including, for example, elastomeric rings and various forms of the spring. The spring element 21 can also be located in the annular groove 22 of any suitable shape.
Возможны упрощенные варианты выполнения, в которых опускаются один или более элементов. Например, может отсутствовать пружинящий элемент 21, а уплотнение 2 может содержать одну или более гибких кромок или уплотнение 2 может быть монолитным и быть изготовлено из одного материала, как показано на фиг.6 и 7 соответственно.Simplified embodiments are possible in which one or more elements are omitted. For example, there may be no spring element 21, and the seal 2 may contain one or more flexible edges or the seal 2 may be monolithic and made of one material, as shown in Fig.6 and 7, respectively.
Как показано на фиг.1, пружинящий элемент 21 может представлять собой упругий материал, модуль упругости которого может равняться или отличаться от модуля упругости динамической кромки 4. Например, пружинящий элемент 21 может быть выполнен из эластомера с большей сопротивляемостью остаточной деформации при As shown in FIG. 1, the spring element 21 may be an elastic material, the elastic modulus of which may be equal to or different from the elastic modulus of the dynamic edge 4. For example, the spring element 21 may be made of an elastomer with greater resistance to permanent deformation when
сжатии, чем эластомер, из которого изготовлена динамическая кромка 4, однако оба эластомерных материала могут иметь, по существу, одинаковый модуль упругости. В другом примере модуль упругости упругого элемента 21 может быть меньше модуля упругости динамической кромки 4 с целью регулирования давления в зоне контакта для достижения оптимальных уровней смазывания и низкого крутящего момента, как описано в переуступленном патенте США 5738358.compression than the elastomer from which the dynamic edge 4 is made, however, both elastomeric materials can have essentially the same modulus of elasticity. In another example, the elastic modulus of the elastic member 21 may be less than the elastic modulus of the dynamic edge 4 in order to regulate the pressure in the contact zone to achieve optimal lubrication levels and low torque, as described in assigned patent US 5738358.
Давление в зоне контакта динамической кромки 4 и сопряженной с ней вращающейся поверхности 5 является одним из важных факторов, регулирующих количество теплоты, выделяющейся в уплотнении, так как оно влияет на толщину гидродинамической пленки, которая, в свою очередь, влияет на скорость сдвига пленки смазочного материала и степень шероховатости, которая может присутствовать, между динамической кромкой 4 и вращающейся поверхностью 5. Также согласно настоящей полезной модели, используя уплотнения с низким начальным давлением в зоне контакта, можно добиться более высокого уровня промывания.The pressure in the contact zone of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5 associated with it is one of the important factors regulating the amount of heat released in the seal, since it affects the thickness of the hydrodynamic film, which, in turn, affects the shear rate of the lubricant film and the degree of roughness that may be present between the dynamic edge 4 and the rotating surface 5. Also according to the present utility model, using seals with a low initial pressure in the contact zone and can achieve a high washing level.
Пружинящий элемент 21 может быть соединен с остальной частью уплотнения 2 или отлит как часть уплотнения 2 и, таким образом, будет образована составная конструкция или пружинящий элемент 21 может быть просто отдельной деталью, которая известным механическим образом крепится к остальной части уплотнения 2. Некоторое количество примеров других подходящих видов упругих элементов показано в этом описании на фиг.10-13. На фиг.1 уплотнение 2 представляет собой уплотнение компрессионного типа, но, заменяя пружинящий элемент 21 механической пружиной, можно использовать основную идею для гибких уплотнений с кромкой, выступающей в виде консоли, как показано на фиг.10-12 В. Упрощая вариант выполнения полезной модели, можно опустить пружинящий элемент 21, так что уплотнение будет непрерывным и монолитным в поперечном сечении, как показано на фиг.7-9.The spring element 21 may be connected to the rest of the seal 2 or molded as part of the seal 2, and thus a composite structure will be formed or the spring element 21 may simply be a separate part, which is mechanically attached to the rest of the seal 2 in a known manner. other suitable types of elastic elements are shown in this description in FIGS. 10-13. In figure 1, the seal 2 is a compression type seal, but replacing the spring element 21 with a mechanical spring, the main idea can be used for flexible seals with an edge protruding in the form of a console, as shown in figures 10-12 B. Simplifying a useful embodiment model, you can omit the spring element 21, so that the seal will be continuous and monolithic in cross section, as shown in Fig.7-9.
Первый компонент 8 механизма и второй компонент 10 механизма вместе обычно образуют, по меньшей мере, часть камеры 23, в которой расположена первая текучая среда 6 и из которой подается смазочный материал. Первая текучая среда 6, согласно полезной модели, используется для смазывания движущегося уплотняемого стыка между уплотнением 2 и вторым компонентом 10 механизма при их относительном вращении. Предпочтительно первая текучая среда 6 является жидким смазочным материалом, таким как синтетическое или минеральное масло, хотя в некоторых вариантах выполнения также могут применяться другие текучие среды, включая консистентную смазку, воду и различные технологические жидкости. Вторая текучая среда 7 может быть любой текучей средой, воздействующей при эксплуатации на уплотнение 2, такой как любая жидкая или The first mechanism component 8 and the second mechanism component 10 together typically form at least a portion of the chamber 23 in which the first fluid 6 is located and from which lubricant is supplied. The first fluid 6, according to a utility model, is used to lubricate a moving seal joint between the seal 2 and the second component 10 of the mechanism during their relative rotation. Preferably, the first fluid 6 is a liquid lubricant, such as synthetic or mineral oil, although other fluids, including grease, water, and various process fluids, may also be used in some embodiments. The second fluid 7 may be any fluid that acts during operation on the seal 2, such as any liquid or
газообразная среда, включая, например, смазочную среду, технологические вещества, промывочную жидкость и так далее.a gaseous medium, including, for example, a lubricating medium, process substances, flushing fluid, and so on.
Динамическая кромка 4 установленного уплотнения содержит первую сторону 24 кромки, направленную к первой текучей среде 6, и вторую сторону 25 кромки, направленную ко второй текучей среде 7. В отрасли гидродинамических уплотнений первая сторона 24 кромки часто называется «смазываемой стороной» кромки, вторая сторона 25 кромки часто называется «стороной, обращенной к окружающей среде» кромки. Первая сторона 24 кромки расположена на некотором расстоянии от динамической стопорной линии пересечения 19 и второй стороны 25 кромки.The dynamic edge 4 of the installed seal includes a first edge side 24 directed to the first fluid 6 and a second edge side 25 directed to the second fluid 7. In the hydrodynamic seal industry, the first edge side 24 is often referred to as the “lubricated side” of the lip, the second side 25 The edge is often called the "environmental side" of the edge. The first side 24 of the edge is located at some distance from the dynamic stop line of intersection 19 and the second side 25 of the edge.
На фиг.1 уплотнение 2 расположено внутри канавки 26 для уплотнения, что встречается в случае, когда давление первой текучей среды 6 превосходит давление второй текучей среды 7. При таком соотношении давлений гидростатическая сила, возникающая благодаря давлению смазочного материала и действующая между вращающейся поверхностью 5 и периферийной стенкой 11, прижимает уплотнение 2 ко второй стенке 13 канавки. Так как формы второго концевого участка 15 уплотнения и сопряженной второй стенки 13 канавки дополняют друг друга, уплотнение 2 хорошо поддерживается второй стенкой 13 канавки везде, кроме зазора 31, существующего между первым компонентом 8 механизма и вторым компонентом 10 механизма. Предпочтительно, чтобы зазор 31, который часто называют «экструзионным зазором», был малым, чтобы уплотнение могло бы легче закрывать зазор и, посредством жесткости материала уплотнения, сопротивляться деформации.In figure 1, the seal 2 is located inside the groove 26 for sealing, which occurs when the pressure of the first fluid 6 exceeds the pressure of the second fluid 7. With this pressure ratio, the hydrostatic force arising from the pressure of the lubricant and acting between the rotating surface 5 and peripheral wall 11, presses the seal 2 against the second wall 13 of the groove. Since the shapes of the second end portion 15 of the seal and the mating second groove wall 13 are complementary, the seal 2 is well supported by the second groove wall 13 everywhere except for the gap 31 existing between the first mechanism component 8 and the second mechanism component 10. Preferably, the gap 31, often referred to as the “extrusion gap”, is small so that the seal can more easily close the gap and, by means of the rigidity of the seal material, resist deformation.
В технике известно, что при большом перепаде давлений небольшая часть уплотняющей кромки стремится вздуться или выдавиться в экструзионный зазор, и пульсирующее давление и биение может согнуть выдавленный материал, что приводит к повреждению, связанному с экструзией.It is known in the art that with a large pressure drop, a small portion of the sealing lip tends to swell or extrude into the extrusion gap, and pulsating pressure and beating can bend the extruded material, resulting in damage caused by extrusion.
Испытания кромки улучшенной геометрической формы, соответствующей настоящей полезной модели, продемонстрировали, что благодаря ей в уплотнении выделяется меньшее количество теплоты по сравнению с существующими серийными уплотнениями, соответствующими патенту США 5230520, и благодаря ей уплотнение легче закрывает большие экструзионные зазоры и выдерживает большие разности давлений благодаря тому, что динамическая кромка 4 имеет более высокий оставшийся модуль упругости, что является результатом меньшего выделения теплоты.Tests of an improved geometric shape lip corresponding to this utility model have shown that it generates less heat in the seal compared to existing serial seals complying with US Pat. No. 5,230,520, and thanks to it, the seal more easily closes large extrusion gaps and withstands large pressure differences due to this that the dynamic edge 4 has a higher remaining modulus of elasticity, which is the result of less heat.
Ранее упоминалось, что полезная модель подходит как для радиальных, так и для осевых компрессионных конструкций. В случае очень большого диаметра и, следовательно, очень гибких уплотнений динамическая кромка 4 может просто It was previously mentioned that the utility model is suitable for both radial and axial compression structures. In the case of a very large diameter and, therefore, very flexible seals, the dynamic lip 4 can simply
изготавливаться с направленной, в целом, внутрь конструкцией, что показано на фиг.1А (для удобства лития под давлением) и применяться для уплотнения вращающейся поверхности 5 с цилиндрической поверхностью, направленной наружу (то есть такой, как поверхность вала).be made with a generally directed inward construction as shown in FIG. 1A (for the convenience of lithium under pressure) and used to seal a rotating surface 5 with a cylindrical surface directed outward (that is, such as a shaft surface).
Уплотнения большого диаметра не жестки по отношению к скручиванию и, следовательно, по отношению к поперечному сечению уплотнения большого диаметра можно поворачивать на 90°, чтобы динамическая кромка 4 становилась, по существу, ориентированной по оси кромкой, предназначенной для уплотнения вращающейся поверхности 5, по существу, плоской формы, или можно поворачивать на 180°, чтобы динамическая кромка 4 становилась внешней, по существу, ориентированной по радиусу кромкой, предназначенной для уплотнения вращающейся поверхности 5, представляющей собой ориентированную внутрь цилиндрическую поверхность (то есть отверстие корпуса).Large diameter seals are not rigid with respect to torsion and, therefore, with respect to the cross section of large diameter seals, it is possible to rotate 90 ° so that the dynamic lip 4 becomes substantially axis-oriented, the lip intended to seal the rotating surface 5 is essentially , flat shape, or can be rotated 180 ° so that the dynamic edge 4 becomes an external, essentially radially oriented edge, designed to seal the rotating surface 5, representing an inwardly oriented cylindrical surface (i.e., an opening of the housing).
Относительная жесткость к скручиванию уплотнений малого диаметра гораздо выше и, следовательно, для малых уплотнений динамическая кромка 4 должна изготавливаться имеющей или радиальную, или осевую уплотняющую форму в зависимости от того, что требуется для конкретного варианта выполнения.The relative torsional stiffness of small diameter seals is much higher and, therefore, for small seals, the dynamic lip 4 must be made with either a radial or axial sealing shape, depending on what is required for a particular embodiment.
В итоге уплотнение может использоваться в качестве или торцового, или радиального уплотнения, конфигурируя (перекручиванием или при изготовлении) динамическую кромку 4 так, чтобы она представляла или внутренний, или внешний диаметр, или была торцом уплотнения, при этом остаются преимущества настоящей полезной модели, связанные со смазыванием, которые описаны в этом документе.As a result, the seal can be used as either a mechanical seal or a radial seal, configuring (twisting or manufacturing) the dynamic lip 4 so that it represents either the inner or outer diameter, or was the seal face, while retaining the advantages of this utility model related lubricated as described in this document.
На фиг.1А представлен увеличенный частичный затемненный вид в изометрии, на котором показаны два полных подъема динамической кромки 4 того же уплотнения 2, что показано на фиг.1, но здесь уплотнение показано в несжатом состоянии и сконфигурировано (перекручиванием или при изготовлении) для радиального сжатия. В последующем описании аббревиатура «CW» используется для обозначения вращения «по часовой стрелке», а аббревиатура «CCW» используется для обозначения вращения «против часовой стрелки».FIG. 1A is an enlarged partially darkened isometric view showing two full elevations of the dynamic edge 4 of the same seal 2 as shown in FIG. 1, but here the seal is shown in an uncompressed state and configured (by twisting or manufacturing) for radial compression. In the following description, the abbreviation “CW” is used to mean “clockwise” rotation, and the abbreviation “CCW” is used to mean “counterclockwise” rotation.
Первый концевой участок 14 уплотнения, пружинящий элемент 21, динамическая стопорная линия пересечения 19 и динамическая поверхность 51 уплотнения приведены на фиг.1А для ориентации. Динамическая кромка 4 может располагаться обычно напротив выступающей статичной уплотнительной кромки 36, как правило, кольцеобразной формы. Выступающая статичная уплотнительная кромка 36 предпочтительно содержит статичную стопорную линию пересечения 38 обрывающейся The first end portion 14 of the seal, the spring member 21, the dynamic stop line of intersection 19, and the dynamic surface 51 of the seal are shown in FIG. 1A for orientation. The dynamic lip 4 can usually be located opposite the protruding static sealing lip 36, usually an annular shape. The protruding static sealing lip 36 preferably contains a static stopping line of intersection 38 breaking
кольцеобразной формы, которая, по существу, выровнена с направлением относительного вращения и предназначена для предотвращения проникновения второй текучей среды 7.an annular shape, which is essentially aligned with the direction of relative rotation and is designed to prevent the penetration of the second fluid 7.
Выступающая статичная уплотнительная кромка 36 обеспечивает некоторую степень симметрии при сжатии, которая уменьшает вероятность скручивания уплотнения 2, которое при отсутствии кромки 36 возможно при установке уплотнения 2, что соответствует описанию переуступленных патентов США 5230520 и 6767016. В варианте выполнения, показанном на фиг.1А, диаметр выступающей статичной уплотнительной кромки 36 превосходит диаметр динамической кромки 4, и статичная уплотнительная поверхность 20 предпочтительно представляет собой наклонную поверхность, как показано на фиг.1D-1F, и она обеспечивает дополнительное сжатие уплотнения рядом со статичной стопорной линией пересечения 38.The protruding static sealing lip 36 provides a certain degree of compression symmetry, which reduces the likelihood of twisting of the seal 2, which, if there is no lip 36, is possible when the seal 2 is installed, which corresponds to the description of the assigned patent US 5230520 and 6767016. In the embodiment shown in figa, the diameter of the protruding static sealing lip 36 is greater than the diameter of the dynamic lip 4, and the static sealing surface 20 is preferably an inclined surface such as shown in fig.1D-1F, and it provides additional compression of the seal next to the static locking line of intersection 38.
Выступающая статичная уплотнительная кромка 36 может принимать другие формы, не выходя при этом за границы объема и сущности полезной модели; например, при желании могут быть использованы любые формы статичных кромок, показанных в переуступленных патентах США 5230520 и 6767016. На фиг.4, 8 и 12В этого описания приведено несколько альтернативных вариантов формы выступающей статичной уплотнительной кромки 36.The protruding static sealing lip 36 may take other forms without leaving the boundaries of the volume and essence of the utility model; for example, if desired, any shapes of static edges shown in assigned US Pat. Nos. 5,230,520 and 6,767,016 can be used. FIGS. 4, 8 and 12B of this description provide several alternative forms of the protruding static sealing lip 36.
Проиллюстрированные здесь варианты выполнения, содержащие выступающую статичную уплотнительную кромку 36, также, при необходимости, могут быть упрощены посредством исключения выступающей статичной уплотнительной кромки 36 - например, как показано на фиг.5, 9, 12 и 12А.The embodiments illustrated here comprising a protruding static sealing lip 36 can also be simplified, if necessary, by eliminating a protruding static sealing lip 36 — for example, as shown in FIGS. 5, 9, 12 and 12A.
Часть формы кромки, которая показана на фиг.1А, представляет собой обычно одиночный, обычно выглядящий гидродинамический подъем такого типа, который описан в переуступленном патенте США 5230520, однако эта часть содержит в середине вытянутое углубление 40. Мыслительный процесс, приведший к предпочтительному варианту выполнения полезной модели, включал в себя наглядное изображение точно следующего: обычно выглядящего гидродинамического подъема, но содержащего в середине вытянутое углубление 40, которая с функциональной точки зрения разделяет геометрическую форму на подъем 42CW для вращения по часовой стрелке и подъем 42CCW для вращения против часовой стрелки, которые предпочтительно являются зеркальными отображениями друг друга. Вытянутое углубление 40 предпочтительно определяет гидродинамический входной участок как для подъема 42CW для вращения по часовой стрелки, так и для подъема 42CCW для вращения против часовой стрелки.The portion of the edge shape shown in FIG. 1A is typically a single, usually looking, hydrodynamic lift of the type described in assigned US Pat. No. 5,230,520, however, this portion contains an elongated recess 40 in the middle. model, included a visual representation of exactly the following: a usually looking hydrodynamic lift, but containing in the middle an elongated recess 40, which from the functional point of view is divided t geometrical shape to lift 42CW to rotate clockwise and lift 42CCW to rotate counterclockwise, which are preferably mirror images of each other. The elongated recess 40 preferably defines a hydrodynamic inlet portion for both raising 42CW for clockwise rotation and raising 42CCW for counterclockwise rotation.
Когда вытянутое углубление 40 сжато вращающейся поверхностью 5 (фиг.1), оба его конца постепенно приближаются к вращающейся поверхности 5, если смотреть в When the elongated recess 40 is compressed by the rotating surface 5 (FIG. 1), both ends thereof are gradually approaching the rotating surface 5 when viewed in
направлении вдоль окружности. Таким образом, образуется гидродинамическая входная зона, просвет которой постепенно сходит на нет в точке контакта динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5, что, в ответ на относительное вращение динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5, способствует эффективному забиванию клином пленки первой текучей среды 6 в зону 16 контакта между ними.direction along the circumference. Thus, a hydrodynamic inlet zone is formed, the lumen of which gradually disappears at the contact point of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5, which, in response to the relative rotation of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5, contributes to the effective clogging of the film of the first fluid 6 into zone 16 contact between them.
Крутящий момент при работе уплотнения зависит от общей площади зоны контакта (то есть площади зоны сдвига смазывающего материала) и степени шероховатости контакта динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5. По сравнению с существующими уплотнениями, соответствующими переуступленным патентам США 4610319 и 5230520, вытянутое углубление 40 удаляет материал уплотнения из зоны сжатия и исключает ненужные участки высокого давления в зоне контакта и уменьшает общую площадь зоны контакта и общую силу, действующую в зоне контакта динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5 - при этом нет необходимости уменьшать минимальную ширину зоны 16 контакта. Это обстоятельство само по себе уменьшает как крутящий момент при работе, так и крутящий момент при раскреплении по сравнению с существующим уровнем техники.The torque during operation of the seal depends on the total area of the contact zone (i.e., the area of the shear zone of the lubricant) and the degree of roughness of the contact of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5. Compared to existing seals corresponding to assigned US Pat. Nos. 4,610,319 and 5,230,520, the elongated recess 40 removes the seal material from the compression zone eliminates unnecessary high pressure areas in the contact zone and reduces the total area of the contact zone and the total force acting in the contact zone of the dynamic fittin g 4 and the rotating surface 5 - it is not necessary to reduce the minimum width of the nip 16. This circumstance in itself reduces both the torque during operation and the torque during release compared to the existing prior art.
Крутящий момент при работе также зависит от эффективности смазывания зоны 16 контакта. Вытянутое углубление 40 способствует значительному улучшению смазывания зоны 16 контакта, что будет подробно объяснено ниже. Посредством улучшенного смазывания уплотнения могут работать при больших давлениях в зоне контакта, которые связаны с большим в процентном выражении сжатием, необходимым для миниатюрных уплотнений, и/или больших значениях давления в зоне контакта, вызванных большими перепадами давления вдоль уплотнения, и/или больших значениях давления в зоне контакта, вызванных использованием для уплотнения материалов с большим модулем упругости, таких как армированные пластики.The operating torque also depends on the lubrication efficiency of the contact zone 16. The elongated recess 40 contributes to a significant improvement in the lubrication of the contact zone 16, which will be explained in detail below. Due to the improved lubrication, the seals can operate at high pressures in the contact zone, which are associated with a large percentage of the compression required for miniature seals and / or large pressure values in the contact zone caused by large pressure drops along the seal and / or large pressure values in the contact zone caused by the use of materials with a high elastic modulus, such as reinforced plastics, for sealing.
Для вращение в двух направлениях динамическая кромка 4 содержит, по меньшей мере, один подъем 42CW для вращения по часовой стрелке и, по меньшей мере, один подъем 42CCW для вращения против часовой стрелки. Первая сторона 24 динамической кромки 4 предпочтительно скошена по отношению к возможным направлениям относительного вращения динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5 и определяет профили подъема 42CW для вращения по часовой стрелке и подъема 42CCW для вращения против часовой стрелки. Оба подъема 42CW и 42CCW для вращения по часовой стрелке и против часовой стрелки приспособлены для гидродинамического самосмазывания пленкой первой текучей среды в ответ на относительное вращение динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5 как по часовой стрелке, так и For rotation in two directions, the dynamic edge 4 comprises at least one lift 42CW for clockwise rotation and at least one lift 42CCW for rotation counterclockwise. The first side 24 of the dynamic edge 4 is preferably beveled with respect to the possible directions of relative rotation of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5 and defines the profiles of the lift 42CW for clockwise rotation and the rise 42CCW for counterclockwise rotation. Both hoists 42CW and 42CCW for clockwise and counterclockwise rotation are adapted for hydrodynamic self-lubrication with a film of the first fluid in response to the relative rotation of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5 both clockwise and
против часовой стрелки.counterclock-wise.
При относительном вращении по часовой стрелке динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5 подъем 42CW для вращения по часовой стрелке приспособлен для отклонения пленки первой текучей среды 6 по направлению ко второй стороне 25 кромки (и через, как правило, кольцеобразную полосу 44 уплотнения, показанную на фиг.2) и во вторую текучую среду 7. Таким образом, при относительном вращении по часовой стрелке обеспечивается гидродинамическое смазывание зоны 16 контакта (смотри фиг.1 и 2).With the relative clockwise rotation of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5, the clockwise rotation rise 42CW is adapted to deflect the film of the first fluid 6 towards the second edge side 25 (and through, as a rule, the annular seal strip 44 shown in FIG. .2) and into the second fluid 7. Thus, with relative clockwise rotation, hydrodynamic lubrication of the contact zone 16 is provided (see FIGS. 1 and 2).
При относительном вращении против часовой стрелки динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5 подъем 42CCW для вращения против часовой стрелки приспособлен для отклонения пленки первой текучей среды 6 по направлению ко второй стороне 25 кромки (и через, как правило, кольцеобразную полосу 44 уплотнения, показанную на фиг.2) и во вторую текучую среду 7. Таким образом, при относительном вращении против часовой стрелки обеспечивается гидродинамическое смазывание зоны 16 контакта (смотри фиг.1 и 2).With a relative counterclockwise rotation of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5, the counterclockwise rotation 42CCW is adapted to deflect the film of the first fluid 6 towards the second edge side 25 (and through, as a rule, the annular seal strip 44 shown in FIG. .2) and into the second fluid 7. Thus, with relative counterclockwise rotation, hydrodynamic lubrication of the contact zone 16 is ensured (see FIGS. 1 and 2).
Как показано на фиг.1А, подъем 42CW для вращения по часовой стрелке и подъем 42CCW для вращения против часовой стрелки предпочтительно являются зеркальными отражениями друг друга и, как показано, предпочтительно граничат друг с другом для предотвращения боковой утечки из зоны 16 контакта в камеру 23. Применение, по меньшей мере, одного подъема 42CW для вращения по часовой стрелке и, по меньшей мере, одного подъема 42CCW для вращения против часовой стрелки делает динамическую кромку 4 двунаправленной в том смысле, что эффективное гидродинамическое смазывание и эффективное отклонение пленки первой текучей среды 6 ко второй стороне 25 кромки достигается как при относительном вращении по часовой стрелке, так и при относительном вращении против часовой стрелки.As shown in FIG. 1A, the clockwise rotation rise 42CW and the counterclockwise rotation rise 42CCW are preferably mirror images of each other and, as shown, are preferably adjacent to each other to prevent lateral leakage from the contact zone 16 into the chamber 23. The use of at least one 42CW hoist for clockwise rotation and at least one 42CCW hoist for counterclockwise rotation makes the dynamic edge 4 bidirectional in the sense that an effective hydrodynamic drag yvanie and effective deflection of the first fluid film 6 to the second side edge 25 is achieved as in the relative rotation in the clockwise direction, and when the relative rotation counterclockwise.
Точное количество имеющихся подъемов 42CW для вращения по часовой стрелке и подъемов 42CCW для вращения против часовой стрелки зависит от диаметра уплотнения 2. В уплотнениях большого диаметра используется большее количество подъемов - обычно они периодически повторяются, а в уплотнениях меньшего диаметра используется меньшее количество подъемов. В двунаправленных уплотнениях чрезвычайно малого диаметра может использоваться даже по одному подъему 42CW для вращения по часовой стрелке и одному подъему 42CCW для вращения против часовой стрелки. Точное число имеющихся подъемов 42CW для вращения по часовой стрелке и подъемов 42CCW для вращения против часовой стрелки также зависит от степени смазывания, необходимой для относительного вращения в каждом направлении.The exact number of 42CW hoists available for clockwise rotation and 42CCW hoists for counterclockwise rotation depends on the diameter of the seal 2. Larger seals use more lifts — they usually repeat periodically, and smaller seals use fewer lifts. Extremely small diameter bidirectional seals can even use one 42CW lift for clockwise rotation and one 42CCW lift for counterclockwise rotation. The exact number of available 42CW clockwise rotations and 42CCW counterclockwise elevations also depends on the degree of lubrication required for relative rotation in each direction.
Например, если перепад давления велик при вращении по часовой стрелке и мал при вращении против часовой стрелки, то желательно использовать большее количество подъемов 42CW для вращения по часовой стрелке и меньшее количество подъемов 42CCW для вращения против часовой стрелки. В уплотнениях с разным количеством подъемов 42CW для вращения по часовой стрелке и подъемов 42CCW для вращения против часовой стрелки существуют места, где подъем для вращения по часовой стрелке граничит с другим подъемом для вращения по часовой стрелке или где подъем для вращения против часовой стрелки граничит с другим подъемом для вращения против часовой стрелки. Тогда в местах стыка оба подъема имеют одинаковый профиль поперечного сечения, так чтобы переход от одного подъема к другому был гладким.For example, if the pressure drop is large for clockwise rotation and small for counterclockwise rotation, it is advisable to use more 42CW rises for clockwise rotation and fewer 42CCW rises for counterclockwise rotation. In seals with different numbers of 42CW clockwise rotations and 42CCW counterclockwise risers, there are places where the clockwise rotation rise is adjacent to another clockwise rotation rise or where the counterclockwise rotation rise is adjacent to another lift to rotate counterclockwise. Then, at the junctions, both lifts have the same cross-sectional profile, so that the transition from one lift to another is smooth.
Ближайшими к первой стороне 24 кромки частями подъема 42CW для вращения по часовой стрелке и подъема 42CCW для вращения против часовой стрелки являются многофункциональный край 46CW и многофункциональный край 46CCW соответственно. Форма многофункциональных краев 46CW и 46CCW более легко понятна на фиг.1C-1F. Каждый многофункциональный край 46CW и 46CCW содержит, по меньшей мере, скошенную часть (то есть не параллельную) по отношению к направлению возможного относительного вращения. Предпочтительно, чтобы почти все многофункциональные края 46CW и 46CCW были скошены по отношению к направлению возможного относительного вращения и по отношению к динамической стопорной линии пересечения 19. Предпочтительно, чтобы скошенные части многофункционального края 46CW были скошены в противоположном направлении по отношению к скошенным частями многофункционального края 46CCW.The closest to the first side 24 of the edge of the parts of the hoist 42CW for clockwise rotation and the hoist 42CCW for counterclockwise rotation are the multifunctional edge 46CW and the multifunctional edge 46CCW, respectively. The shape of the multifunctional edges 46CW and 46CCW is more easily understood in FIGS. 1C-1F. Each multifunctional edge 46CW and 46CCW contains at least a beveled portion (i.e., not parallel) with respect to the direction of possible relative rotation. Preferably, almost all of the multifunctional edges 46CW and 46CCW are beveled with respect to the direction of possible relative rotation and with respect to the dynamic stop line of intersection 19. It is preferable that the beveled parts of the multifunctional edge 46CW are beveled in the opposite direction with respect to the beveled parts of the multifunctional edge 46CCW .
По меньшей мере, часть многофункционального края 46CW, 46CCW образует наклонный участок 48CW, 48CCW соответственно. Каждый наклонный участок 48CW и 48CCW помогает формировать одну сторону вытянутого углубления 40. Когда уплотнение 2 сжато вращающейся относительно него поверхностью 5 (фиг.1), предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, часть каждого наклонного участка 48CW и 48CCW сжималась вращающейся поверхностью 5 и, по меньшей мере, часть каждого наклонного участка не контактировала с вращающейся поверхностью 5, а была расположена с некоторым зазором по отношению к вращающейся поверхности 5. Наклонные участки 48CW и 48CCW плавно наклонены/изогнуты по отношению к вращающейся поверхности 5, и получаемая таким образом форма способствует образованию гидродинамического клина.At least a portion of the multifunctional edge 46CW, 46CCW forms an inclined portion 48CW, 48CCW, respectively. Each inclined portion 48CW and 48CCW helps to form one side of the elongated recess 40. When the seal 2 is compressed by its rotating surface 5 (FIG. 1), it is preferable that at least a portion of each inclined portion 48CW and 48CCW is compressed by the rotating surface 5 and, at least a portion of each inclined portion did not contact the rotating surface 5, but was located with some clearance relative to the rotating surface 5. The inclined sections 48CW and 48CCW are smoothly inclined / curved with respect to the rotating eysya surface 5, and thereby a shape promotes formation of a hydrodynamic wedge.
Также предпочтительно, чтобы вытянутое углубление 40 содержало склон 49 углубления, имеющий в поперечном сечении профиль выпуклой кривой (как наиболее It is also preferable that the elongated recess 40 contains a slope 49 of the recess having a cross-sectional profile of a convex curve (as the most
хорошо видно на фиг.1D). Радиус профиля выпуклой кривой предпочтительно разный в разных местах вдоль длины подъема, как будет описано более подробно при рассмотрении фиг.1В-1F. Также динамическая кромка 4 предпочтительно содержит закругления 50CW и 50CCW углубления, которые в поперечном сечении имеют обычно профиль вогнутой кривой (как наиболее хорошо видно на фиг.1D), а в направлении вдоль окружности имеет скошенный, наклонный профиль. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, часть закругления 50CW, 50CCW углубления была утоплена по сравнению с наклонными участками 48CW, 48CCW соответственно. Предпочтительно, чтобы закругления 50CW, 50CCW плавно сопрягались или, по существу, плавно сопрягались со склоном 49 углубления. Также предпочтительно, чтобы закругления 50CW, 50CCW плавно сопрягались или, по существу, плавно сопрягались с наклонными участками 48CW и 48CCW соответственно. Изогнутые профили склона 49 углубления, закругления 50CW, 50CCW углубления и наклонного участка 48CW, 48CCW могут принимать любые подходящие формы, такие как часть окружности, часть эллиптической кривой или часть параболической кривой, комбинация кривых и так далее.clearly visible in fig.1D). The radius of the profile of the convex curve is preferably different in different places along the length of the lift, as will be described in more detail when considering figv-1F. Also, the dynamic edge 4 preferably comprises roundings 50CW and 50CCW of the recess, which usually have a concave curve profile in cross section (as is best seen in FIG. 1D), and in the direction along the circumference has a beveled, inclined profile. Preferably, at least a portion of the 50CW, 50CCW rounding of the recess is recessed compared to the inclined portions 48CW, 48CCW, respectively. Preferably, the 50CW, 50CCW curves smoothly mate or essentially smoothly mate with the slope 49 of the recess. It is also preferable that the 50CW, 50CCW curves smoothly mate or substantially smoothly mate with the inclined portions 48CW and 48CCW, respectively. Curved profiles of the slope 49 of the recess, the curves 50CW, 50CCW of the recess and the inclined portion 48CW, 48CCW can take any suitable shape, such as part of a circle, part of an elliptic curve or part of a parabolic curve, a combination of curves, and so on.
Во время работы смазочный материал (первая текучая среда 6) внутри механизма собирает загрязняющие вещества. При относительном вращении часть первой текучей среды 6 и плавающие в ней загрязняющие вещества вращаются по окружности внутри камеры 23 и вращаются относительно динамической кромки 4. Благодаря скошенной форме многофункциональных краев 46CW и 46CCW часть первой текучей среды скользит вдоль динамической кромки 4, а не попадает в движущуюся зону 16 контакта. Данное отклоняющее действие помогает направить загрязняющие вещества, находящиеся внутри первой текучей среды 6, в сторону от вытянутого углубления 40, что способствует предотвращению износа динамических поверхностей динамической кромки 4.During operation, the lubricant (first fluid 6) collects contaminants inside the mechanism. With relative rotation, a portion of the first fluid 6 and the contaminants floating therein rotate in a circle inside the chamber 23 and rotate relative to the dynamic edge 4. Due to the beveled shape of the multifunctional edges 46CW and 46CCW, a portion of the first fluid slides along the dynamic edge 4 rather than into the moving edge zone 16 contact. This deflecting action helps to direct the contaminants inside the first fluid 6 away from the elongated recess 40, which helps to prevent wear of the dynamic surfaces of the dynamic edge 4.
На фиг.1В представлен частичный вид сверху, показывающий подъем 42CW для вращения по часовой стрелки уплотнения 2, изображенного на фиг.1 и 1А. Фигура 1С представляет собой разрез С-С фиг.1В. Фигуры 1D, 1E и 1F - это разрезы D-D, Е-Е и F-F, соответственно, фиг.1В. На фиг.1D-1F для ориентации помечены первый концевой участок 14, второй концевой участок 15, статичная уплотнительная поверхность 20, пружинящий элемент 21, кольцевидная канавка 22, первая сторона 24 кромки, выступающая статичная уплотнительная кромка 36 и статичная стопорная линия пересечения 38. Для ориентации некоторые из данных элементов также указаны на фиг.1В и 1С.На фиг.1В длина 80 первичной дуги, длина 82 вторичной дуги и глубина 94 первичной дуги соответствуют таким же ссылочным позициям, которые будут подробно описаны на фиг.16 и 16А.FIG. 1B is a partial top view showing the rise 42CW for clockwise rotation of the seal 2 shown in FIGS. 1 and 1A. Figure 1C is a section CC of Figure 1B. Figures 1D, 1E and 1F are sections D-D, EE and F-F, respectively, figv. 1D-1F, for orientation, the first end portion 14, the second end portion 15, the static sealing surface 20, the spring element 21, the annular groove 22, the first edge side 24, the protruding static sealing edge 36 and the static stop line of intersection 38 are marked. For In orientation, some of these elements are also indicated in FIGS. 1B and 1C. In FIG. 1B, the length of the primary arc 80, the length of the secondary arc 82, and the depth 94 of the primary arc correspond to the same reference numerals that will be described in detail in FIGS. 16 and 16A.
На фиг.1В первый концевой участок 14 параллелен плоскости просмотра (то есть плоскости треугольной проекции). Таким образом, наклонный участок 48CW, расположенный под углом к первому концевому участку 14 (как можно видеть на фиг.1А и 1С), показан в перспективе на фиг.1В. На данном виде в перспективе ясно, что наклонный участок 48CW наклонен по отношению к динамической поверхности 51 уплотнения. Как показано на фиг.1В, предпочтительно, чтобы эта наклонная форма наклонного участка 48CW представляла собой сложную кривую, состоящую из первичной кривой 52 и вторичной кривой 54, которые плавно сопряжены в месте Т55 сопряжения. Один пример построения упомянутой выше сложной кривой схематично показан на фиг.16 и 16А; этот метод автоматически регулирует кривизну первичной кривой 52 для поддержания одинаковой скорости сужения с валом для семейства уплотнений различных диаметров, размеры которых подобраны под различные внешние размеры оборудования. Наклонный участок 48CW является частью многофункционального края 46CW. Многофункциональный край 46CW предпочтительно переходит от разреза D-D к разрезу F-F так, как показано на фиг.1В. В любом случае, независимо от формы многофункционального края 46CW, подъем 42CW для вращения по часовой стрелке и подъем 42CCW для вращения против часовой стрелки прилегают друг к другу в общем месте вытянутого углубления 40 - за исключением случаев, когда имеется разное количество подъемов для вращения по часовой стрелке и подъемов для вращения против часовой стрелки.1B, the first end portion 14 is parallel to the viewing plane (i.e., the plane of the triangular projection). Thus, the inclined portion 48CW located at an angle to the first end portion 14 (as can be seen in FIGS. 1A and 1C) is shown in perspective in FIG. 1B. In this perspective view, it is clear that the inclined portion 48CW is inclined with respect to the dynamic seal surface 51. As shown in FIG. 1B, it is preferable that this oblique shape of the inclined portion 48CW is a complex curve consisting of a primary curve 52 and a secondary curve 54 that are smoothly mated at the interface T55. One example of the construction of the above complex curve is shown schematically in FIGS. 16 and 16A; this method automatically adjusts the curvature of the primary curve 52 to maintain the same constriction speed with the shaft for a family of seals of different diameters, the sizes of which are selected for different external dimensions of the equipment. The 48CW ramp is part of the 46CW multifunctional edge. The multifunctional edge 46CW preferably transitions from the cut D-D to the cut F-F as shown in FIG. In any case, irrespective of the shape of the multifunctional edge 46CW, the clockwise rotation 42CW and the counterclockwise rotation 42CCW are adjacent to each other in the common place of the elongated recess 40, unless there are different numbers of clockwise rotations; arrow and rises for counterclockwise rotation.
Первичная кривая 52, которая предпочтительно плавно сопряжена с динамической поверхностью 51 уплотнения, регулирует сужение наклонного участка 48CW (и до некоторой степени закругления 50CW углубления) и динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5, если смотреть по направлению вдоль окружности. Степень сужения является важным аспектом гидродинамических рабочих характеристик, так как она регулирует увеличение давления в направлении вдоль окружности в зоне контакта (известного как DPDX) динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5.The primary curve 52, which is preferably smoothly mated with the dynamic seal surface 51, controls the narrowing of the inclined portion 48CW (and to some degree of curvature 50CW of the recess) and the dynamic edge 4 and the rotating surface 5 when viewed in a circumferential direction. The degree of narrowing is an important aspect of hydrodynamic performance, as it controls the increase in pressure in the circumferential direction in the contact zone (known as DPDX) of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5.
Так как закругление 50CW вытянутого углубления 40 плавно сопряжено с наклонным участком 48CW и склоном 49 углубления, то кривизна наклонного участка 48CW является одним из трех основных факторов, регулирующих установленное сужение вытянутого углубления 40 и вращающейся поверхности 5. Остальные два фактора из трех - это скорость и величина изменения переменной кривизны закругления 50CW и 50CCW углубления и скорость изменения переменной кривизны склона 49 углубления. Данные факторы будут подробно описаны ниже.Since the 50CW curvature of the elongated recess 40 is smoothly associated with the inclined portion 48CW and the slope 49 of the recess, the curvature of the inclined portion 48CW is one of the three main factors regulating the established narrowing of the elongated recess 40 and the rotating surface 5. The other two of the three factors are speed and the magnitude of the change in the variable curvature of the curve 50CW and 50CCW of the recess and the rate of change of the variable curvature of the slope 49 of the recess. These factors will be described in detail below.
Длина подъема 42CW по окружности должна обязательно изменяться в семействе The circumference of the 42CW hoist must change in the family
уплотнений различных диаметров, так как одна и та же длина не делится нацело на каждое значение длины окружности уплотнения. Указанное изменение длины подъема также встречалось в технике в уплотнениях с синусоидальными подъемами (оно становится сильнее в уплотнениях малого диаметра). В существующих уплотнениях изменение длины подъема влияет на скорость сужения уплотнения и вращающейся поверхности. Дополнительная информация об изменении сужения существующих уплотнений, которое является функцией длины подъема, содержится в патенте США 6382634. Принципиальным улучшением существующего уровня техники является то, что в полезной модели сужение остается постоянным для некоторого диапазона значений диаметров уплотнений. Данное свойство будет подробно описано при рассмотрении фиг.16-16С.seals of different diameters, since the same length is not completely divided by each value of the circumference of the seal. The indicated change in the length of the lift was also encountered in technology in seals with sinusoidal lifts (it becomes stronger in seals of small diameter). In existing seals, a change in lift length affects the rate of narrowing of the seal and the rotating surface. Additional information on changing the narrowing of existing seals, which is a function of the length of the lift, is contained in US Pat. No. 6,382,634. A fundamental improvement in the prior art is that in a utility model, the narrowing remains constant over a range of seal diameters. This property will be described in detail with reference to FIGS.
Первичная кривая 52 может принимать любую подходящую форму, которая обеспечивает образование гидродинамического клина, не выходя при этом за пределы объема полезной модели. Форма может представлять собой часть окружности (включая часть окружности бесконечного радиуса, то есть прямую линию), часть эллипса, часть синусоидальной кривой, часть параболической кривой, часть циклоиды, часть версперы/версиеры, часть комбинации кривых, части комбинации кривых и прямых линий и так далее.The primary curve 52 can take any suitable form, which provides the formation of a hydrodynamic wedge, without going beyond the scope of the utility model. The shape can be part of a circle (including part of a circle of infinite radius, that is, a straight line), part of an ellipse, part of a sinusoidal curve, part of a parabolic curve, part of a cycloid, part of a versper / version, part of a combination of curves, part of a combination of curves and straight lines, and so on. Further.
Проекция, показанная на фиг.1С, и поперечные сечения по фиг.1D, 1E и 1F изображают предпочтительный вариант формы поверхности динамической кромки 4, соответствующей настоящей полезной модели. Пунктирные линии, использованные на фиг.1С, показывают расположение основных точек Т56, Т57, Т58 и Т59 сопряжения различных частей поверхности динамической кромки 4.The projection shown in FIG. 1C and the cross-sections in FIG. 1D, 1E and 1F show a preferred surface shape of the dynamic edge 4 corresponding to the present utility model. The dashed lines used in FIG. 1C show the location of the main points T56, T57, T58 and T59 of the interface between various parts of the surface of the dynamic edge 4.
При наблюдении перпендикулярно поперечному сечению, то есть так, как показано на фиг.1D, 1E и 1F, поверхность между динамической стопорной линией пересечения 19 и Т56 предпочтительно представляет собой, по существу, прямую линию, которая в несжатом состоянии может по желанию быть либо наклонной, либо параллельной заданной вращающейся поверхности 5.When observing perpendicular to the cross section, that is, as shown in FIGS. 1D, 1E and 1F, the surface between the dynamic stop line of intersection 19 and T56 is preferably a substantially straight line, which, when uncompressed, can be either inclined as desired , or parallel to a given rotating surface 5.
При наблюдении перпендикулярно поперечному сечению, то есть так, как показано на фиг.1D, 1E и 1F, поверхность склона 49 углубления между Т56 и Т57 предпочтительно является выпуклой кривой. По меньшей мере, на части расстояния между линией D-D (фиг.1D) и линией Е-Е (фиг.1E) радиус кривой между Т56 и Т57 предпочтительно увеличивается нелинейно, а в некоторых местах указанная кривая становится кривой с бесконечным радиусом (то есть прямой линией) или становится кривой, которая на практике отличается от прямой линии на небольшие расстояния, возникающие в обычных When viewed perpendicular to the cross section, that is, as shown in FIGS. 1D, 1E and 1F, the surface of the slope 49 of the recess between T56 and T57 is preferably a convex curve. At least part of the distance between the DD line (FIG. 1D) and the EE line (FIG. 1E), the radius of the curve between T56 and T57 preferably increases non-linearly, and in some places the curve becomes a curve with an infinite radius (i.e., a straight line) line) or becomes a curve, which in practice differs from a straight line by small distances arising in ordinary
уплотнениях вращающихся соединений. Указанное изменение кривизны поверхности между Т56 и Т57 представляет собой предпочтительный способ формирования склона 49 углубления, хотя для упрощения кривизна может быть постоянной, а не переменной.rotary joint seals. The indicated change in surface curvature between T56 and T57 is a preferred method of forming a slope 49 of the recess, although for simplicity, the curvature may be constant rather than variable.
Например, кривая между Т56 и Т57 может иметь радиус, который увеличивается от 3,81 мм до 10160 мм между линиями D-D и Е-Е, а между линиями Е-Е и F-F радиус кривизны может оставаться постоянным и равным 10160 мм. Очевидно, что радиус, равный 10160 мм, на практике предполагает, что указанная кривая является прямой линией между Т56 и Т57, что является обычным для ширины типовой динамической кромки уплотнения вращающегося соединения.For example, the curve between T56 and T57 may have a radius that increases from 3.81 mm to 10160 mm between the lines D-D and E-E, and between the lines E-E and F-F the radius of curvature can remain constant and equal to 10160 mm. Obviously, a radius of 10160 mm implies in practice that the curve is a straight line between T56 and T57, which is common for the width of a typical dynamic seal lip of a rotating joint.
Изменение радиуса кривизны между Т56 и Т57 обеспечивает то, что входные боковые края 60CW и 60CCW зоны 16 контакта, которые показаны на фиг.2, выполнены предпочтительно криволинейной формы. В примере, показанном на фиг.1-1F, радиус обычно выпуклой кривой между Т56 и Т57 предпочтительно увеличивается (то есть кривизна становится меньше и меньше) от линии D-D до линии Е-Е, при этом у линии Е-Е кривая приблизительно совпадает с прямой линией и остается такой же от линии Е-Е до линии F-F.The change in the radius of curvature between T56 and T57 ensures that the input side edges 60CW and 60CCW of the contact zone 16, which are shown in FIG. 2, are preferably made in a curved shape. In the example shown in Figs. a straight line and remains the same from line EE to line FF.
При наблюдении перпендикулярно поперечному сечению, то есть так, как показано на фиг.1D, 1Е и 1F, поверхность между Т57 и Т58 (закругление 50CW углубления) предпочтительно выполнена вогнутой. По меньшей мере, на части расстояния между линией D-D (фиг.1D) и линией Е-Е (фиг.1Е) радиус обычно вогнутой кривой между Т57 и Т58 предпочтительно увеличивается нелинейно, а к линии Е-Е указанная кривая становится кривой с бесконечным радиусом (то есть прямой линией) или становится кривой, которая на практике приближается к прямой линии для расстояний, обычных для размеров типовой динамической кромки 4. В примере, показанном на фиг.1-1F, радиус обычно вогнутой кривой между Т57 и Т58 увеличивается (то есть кривизна становилась меньше и меньше) от линии D-D до линии Е-Е, при этом у линии Е-Е кривая приблизительно совпадает с прямой линией и остается такой же от линии Е-Е до линии F-F. Для упрощения радиус кривизны закругления 50CW может быть постоянным, а не переменным.When viewed perpendicular to the cross section, that is, as shown in FIGS. 1D, 1E and 1F, the surface between T57 and T58 (rounding 50CW of the recess) is preferably concave. At least in part of the distance between the DD line (FIG. 1D) and the EE line (FIG. 1E), the radius of the usually concave curve between T57 and T58 preferably increases non-linearly, and to the EE line this curve becomes a curve with an infinite radius (i.e., a straight line) or becomes a curve that, in practice, approaches a straight line for distances common for sizes of a typical dynamic edge 4. In the example shown in FIGS. 1-1F, the radius of the usually concave curve between T57 and T58 increases (then there is curvature becoming smaller and smaller) from the DD line on line E-E, thus at line E-E curve approximately coincides with a straight line, and remains the same from the line E-E to the line F-F. To simplify, the radius of curvature of the 50CW curve can be constant, not variable.
Предпочтительно, чтобы радиус, в основном, вогнутой кривой между Т57 и Т58 нацело делился на радиус прилегающей, в основном, выпуклой кривой, расположенной между Т56 и Т57 и представляющей собой склон 49 углубления. Особенно подходящей представляется часть примерно от 1/10 до 1/2, так что в любой точке поперечного сечения между линией D-D (фиг.1D) и линией F-F (фиг.1F) кривая между Т57 и Т58 составляет от примерно от 1/10 до 1/2 от радиуса кривой между Т56 и Т57.Preferably, the radius of the substantially concave curve between T57 and T58 is completely divided by the radius of the adjacent, generally convex, curve located between T56 and T57 and representing the slope 49 of the recess. Particularly suitable is a portion of about 1/10 to 1/2, so that at any point in the cross section between the DD line (FIG. 1D) and the FF line (FIG. 1F), the curve between T57 and T58 is from about 1/10 to 1/2 of the radius of the curve between T56 and T57.
Динамическая поверхность 51 уплотнения, по меньшей мере, для уплотнения с фиг.1-1D, представляет собой область, где кривые переменного радиуса, образующие закругление 50CW углубления и склон 49 углубления, становятся предпочтительно кривыми бесконечного радиуса (то есть прямыми линиями) или становятся кривыми, которые с практической точки зрения приближаются к прямым линиям, то есть являются прямыми линиями для расстояний обычных для размеров обычных динамических кромок 4.The dynamic seal surface 51, at least for the seal of Figs. which, from a practical point of view, approach straight lines, that is, they are straight lines for the distances usual for the dimensions of ordinary dynamic edges 4.
При наблюдении перпендикулярно поперечному сечению, то есть так, как показано на фиг.1D, 1Е и 1F, профиль многофункционального края 46CW между точками Т58 и Т59 сопряжения предпочтительно является, в основном, выпуклой кривой. Одна из целей криволинейного профиля заключается в том, чтобы помочь добиться постепенного сужения динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5, чтобы служить гидродинамическим входным участком для обеспечения гидродинамического расклинивающего действия при относительном вращении против часовой стрелки динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5. Другая цель заключается в том, чтобы создать зону 62CW контакта с повышенным давлением внутри зоны 16 контакта (см. фиг.2). Указанная зона 62CW предназначена для отклонения смазочного материала по направлению к динамической стопорной линии пересечения 19 в направлении, противоположном направлению вращения. Размеры многофункционального края 46CW выбраны таким образом, чтобы обеспечить необходимый уровень давления контакта в зоне 62CW контакта с повышенным давлением внутри зоны 16 контакта. При желании радиус профиля многофункционального края 46CW можно изменять вдоль его длины с целью регулирования давления контакта в зоне 62CW контакта с повышенным давлением внутри зоны 16 контакта. Указанное давление влияет на крутящий момент, гидродинамическое всасывающее действие в одном направлении относительного вращения и влияет на отклонение пленки смазочного материала в противоположном направлении относительного вращения. Например, если необходимо уменьшить величину зоны 62CW контакта с повышенным давлением зоны 16 для отклонения меньшего количества пленки первой текучей среды 6 по направлению к динамической стопорной линии пересечения 19 и соответствующему второму краю 18 зоны контакта и для образования меньшей гидродинамической течи, можно частично или на всем расстоянии от линии Е-Е (фиг.1Е) до линии F-F (фиг.1F) увеличить радиус, в основном, выпуклой кривой между Т58 и Т59. В примере, показанном на фиг.1-1F, радиус, в основном, выпуклой кривой между Т58 и Т59 увеличен (то есть кривая имеет все меньшую и меньшую кривизну) между линией Е-Е и линией F-F; на фиг.1С следует обратить When observing perpendicular to the cross section, that is, as shown in FIGS. 1D, 1E and 1F, the profile of the multifunctional edge 46CW between the mating points T58 and T59 is preferably a substantially convex curve. One of the goals of the curved profile is to help achieve a gradual narrowing of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5, in order to serve as a hydrodynamic inlet portion to provide a hydrodynamic proppant with a relative counterclockwise rotation of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5. Another goal is to so as to create a zone 62CW contact with high pressure inside the zone 16 of the contact (see figure 2). The specified zone 62CW is designed to deflect the lubricant in the direction of the dynamic stop line of intersection 19 in the direction opposite to the direction of rotation. The dimensions of the multifunctional edge 46CW are selected so as to provide the necessary level of contact pressure in the contact zone 62CW with increased pressure inside the contact zone 16. If desired, the profile radius of the multifunctional edge 46CW can be changed along its length in order to regulate the contact pressure in the contact zone 62CW with high pressure inside the contact zone 16. The specified pressure affects the torque, the hydrodynamic suction effect in one direction of relative rotation and affects the deviation of the lubricant film in the opposite direction of relative rotation. For example, if it is necessary to reduce the size of the contact zone 62CW with the increased pressure of zone 16 to deflect a smaller amount of the film of the first fluid 6 towards the dynamic stop line of intersection 19 and the corresponding second edge 18 of the contact zone and to form a smaller hydrodynamic leak, it is possible to partially or completely the distance from the line EE (FIG. 1E) to the line FF (FIG. 1F) increase the radius of the generally convex curve between T58 and T59. In the example shown in FIGS. 1-1F, the radius of the generally convex curve between T58 and T59 is increased (that is, the curve has less and less curvature) between the line EE and the line F-F; on figs should be drawn
внимание на тенденцию расхождения Т58 и Т59, происходящую в результате изменения кривизны.attention to the trend of discrepancy between T58 and T59, resulting from changes in curvature.
Упомянутые выше кривые между Т56 и Т57, между Т57 и Т58 и между Т58 и Т59 могут принимать любые подходящие формы кривой или части кривой, или комбинации кривых, или комбинации кривых и прямых линий (то есть кривой с бесконечным радиусом кривизны). Например, кривые могут выбираться из группы кривых, которая содержит окружности, эллипсы, синусоиды, параболические кривые, циклоиды и версперы/версиеры. Тем не менее, в примере, показанном на фиг.1-1F, кривые между Т56 и Т57, между Т57 и Т58 и между Т58 и Т59 являются частями окружностей.The above-mentioned curves between T56 and T57, between T57 and T58 and between T58 and T59 can take any suitable curve shape or part of a curve, or a combination of curves, or a combination of curves and straight lines (i.e. a curve with an infinite radius of curvature). For example, curves can be selected from a group of curves that contains circles, ellipses, sinusoids, parabolic curves, cycloids, and verpers / versions. However, in the example shown in FIGS. 1-1F, the curves between T56 and T57, between T57 and T58 and between T58 and T59 are parts of circles.
На фиг.2 в плоскости показана зона 16 контакта для двух полных подъемов динамической кромки уплотнения 2 по фиг.1-1F, когда уплотнение установлено на вращающейся поверхности 5. Вращения по часовой стрелке и против часовой стрелки, обозначенные на фиг.2, ориентированы так, как если бы зритель смотрел на зону контакта, оставляющую след на вращающейся поверхности 5 (а не смотрел бы на динамическую кромку 4).FIG. 2 shows in a plane a contact zone 16 for two full rises of the dynamic edge of the seal 2 of FIGS. 1-1F when the seal is mounted on the rotating surface 5. The clockwise and counterclockwise rotations indicated in FIG. 2 are oriented so , as if the viewer was looking at the contact zone, leaving a mark on the rotating surface 5 (and would not look at the dynamic edge 4).
Как упомянуто выше при описании фиг.1, зона 16 контакта содержит первый край 17 зоны контакта и второй край 28 зоны контакта. Когда динамическая стопорная линия пересечения 19 динамической кромки 4 сжимается вращающейся поверхностью 5, в целом, кольцеобразный второй край 18 зоны контакта, по существу, выравнивается с возможными направлениями вращения и, следовательно, в ответ на вращение второй край 18 зоны контакта не является причиной гидродинамического расклинивающего действия второй текучей среды и, значит, предотвращает проникновение второй текучей среды 7 в зону 16 контакта, как указано в описании к переуступленному патенту США 4610319.As mentioned above in the description of FIG. 1, the contact zone 16 comprises a first edge 17 of the contact zone and a second edge 28 of the contact zone. When the dynamic stop line of intersection 19 of the dynamic edge 4 is compressed by the rotating surface 5, in general, the annular second edge 18 of the contact zone is substantially aligned with the possible directions of rotation and therefore, in response to the rotation of the second edge 18 of the contact zone is not the cause of the hydrodynamic proppant the action of the second fluid and, therefore, prevents the penetration of the second fluid 7 into the contact zone 16, as described in the description of the assigned patent US 4610319.
На фиг.2 показана карта контуров относительных величин давления контакта в зоне 16 контакта. Давление контакта, показанное в виде контуров на фиг.2, было установлено посредством метода конечных элементов, при этом имитировалась осевая нагрузка, получаемая посредством пружины, в 15 фунтов на квадратный дюйм через шайбу (для предотвращения скашивания, как описано в документе N. 37627 Общества инженеров-нефтяников и Международной ассоциации буровых подрядчиков). Наиболее высокое давление контакта наблюдается в местах 64CW и 64CCW наибольшего давления, а наименьшее значение давления контакта наблюдается вдоль первого края 17 зоны контакта. Форма зоны контакта и контуры с одинаковым значением давления контакта остаются практически постоянными, такими как показано на фиг.2, при различных имитировавшихся температурах, находящихся в пределах рабочего диапазона температур обычных материалов уплотнения.Figure 2 shows a map of the contours of the relative values of the contact pressure in the zone 16 of the contact. The contact pressure shown as outlines in FIG. 2 was established by the finite element method, simulating an axial load of 15 pounds per square inch through a washer (to prevent mowing, as described in Society document No. 37627) oil engineers and the International Association of Drilling Contractors). The highest contact pressure is observed at the 64CW and 64CCW places of the highest pressure, and the lowest contact pressure is observed along the first edge 17 of the contact zone. The shape of the contact zone and the contours with the same value of the contact pressure remain almost constant, such as shown in figure 2, at different simulated temperatures that are within the operating temperature range of conventional seal materials.
Зоны 62CW и 62CCW контакта с повышенным давлением, которые скошены в противоположных направлениях относительно возможных направлений относительного вращения, сформированы в результате сжатия многофункциональных краев 46CW и 46CCW динамической кромки 4 вращающейся поверхностью 5. Давление контакта увеличено в зоне 62CW и 62CCW контакта с повышенным давлением из-за классических краевых эффектов сжатия, формы поперечного сечения многофункциональных краев 46CW и 46CCW и неизбежного сжатия некоторых частей материала уплотнения, расположенного между многофункциональными краями 46CW и 46CCW и первым концевым участком 14 уплотнения.The pressure contact zones 62CW and 62CCW, which are beveled in opposite directions with respect to the possible directions of relative rotation, are formed as a result of compression of the multifunctional edges 46CW and 46CCW of the dynamic edge 4 by the rotating surface 5. The contact pressure is increased in the pressure contact zone 62CW and 62CCW due to beyond the classical edge compression effects, the cross-sectional shape of the multifunctional edges 46CW and 46CCW and the inevitable compression of some parts of the seal material located between many functional- edges 46CW and 46CCW and the first end portion 14 of the seal.
Зоны 62CW и 62CCW контакта с повышенным давлением выполнены так, чтобы в направлении вдоль окружности уровень давления контакта в них увеличивался постепенно, чтобы дать возможность, по меньшей мере, некоторому количеству смазочного материала пройти через них как при вращении по часовой стрелке, так и при вращении против часовой стрелки.The pressurized contact zones 62CW and 62CCW are configured so that in the circumferential direction, the contact pressure level therein increases gradually to allow at least a certain amount of lubricant to pass through them both during clockwise rotation and during rotation counterclock-wise.
Первый край 17 зоны контакта содержит входные боковые края 60CW и 60CCW, которые образуются в результате сжатия склона 49 углубления вращающейся поверхностью 5. По меньшей мере, часть входных боковых краев 60CW и 60CCW, а предпочтительно все они, скошены по отношению к возможным направлениям вращения, за исключением точки Т73 сопряжения. Скос приводит к тому, что один или другой входной боковой край 60CW и 60CCW функционируют в качестве гидродинамического входного участка при любом направлении вращения. Сжатие склона 49 углубления вращающейся поверхностью 5 приводит к появлению давления контакта, которое постепенно увеличивается в направлении вдоль окружности, что можно видеть благодаря контурам давления контакта на фиг.2.The first edge 17 of the contact zone contains the input side edges 60CW and 60CCW, which are formed as a result of the compression of the recess slope 49 by the rotating surface 5. At least a part of the input side edges 60CW and 60CCW, and preferably all of them, are beveled with respect to possible directions of rotation, except for the T73 mate point. The beveling causes one or the other inlet side edge 60CW and 60CCW to function as a hydrodynamic inlet portion in any direction of rotation. The compression of the groove slope 49 by the rotating surface 5 gives rise to contact pressure, which gradually increases in the circumferential direction, which can be seen due to the contact pressure contours in FIG. 2.
Первый край 17 зоны контакта предпочтительно содержит выступающие по окружности края 66CW и 66CCW, которые располагаются по окружности после/за пределами краев 68CW и 68CCW повторного входа зоны контакта, соответственно. Выступающие по окружности края 66CW и 66CCW образованы посредством сжатия вращающейся поверхностью 5 наклонных участков 48CW и 48CCW соответственно. Края 68CW и 68CCW повторного входа образованы посредством сжатия вращающейся поверхностью 5 склона 49 углубления и закругления 50CW и 50CCW углубления соответственно.The first edge 17 of the contact zone preferably comprises circumferentially projecting edges 66CW and 66CCW that are circumferentially located after / outside the edges 68CW and 68CCW of re-entering the contact zone, respectively. The circumferentially protruding edges 66CW and 66CCW are formed by compression by the rotating surface 5 of the inclined portions 48CW and 48CCW, respectively. The re-entry edges 68CW and 68CCW are formed by compression by the rotating surface 5 of the recess slope 49 and the rounding 50CW and 50CCW of the recess, respectively.
В основном, зона 16 контакта может быть разделена на зону 70CW контакта для вращения по часовой стрелке и зону 70CCW контакта для вращения против часовой стрелки и по существу кольцеобразную полосу 44 уплотнения, которая ограничена Basically, the contact zone 16 can be divided into a contact zone 70CW for clockwise rotation and a contact zone 70CCW for counterclockwise rotation and a substantially annular seal strip 44, which is limited
пунктирной ограничительной линией 72, касающейся первого края 17 зоны контакта в точке Т73 сопряжения. Зона 70CW контакта для вращения по часовой стрелке соответствует подъему 42CW динамической кромки 4 и образуется при сжатии вращающейся поверхностью 5 части подъема 42CW для вращения по часовой стрелке. Аналогично зона 70CCW контакта для вращения против часовой стрелки соответствует подъему 42CCW динамической кромки 4 и образуется при сжатии вращающейся поверхностью 5 части подъема 42CCW для вращения против часовой стрелки. В целом кольцеобразная полоса 44 уплотнения является, в основном, кольцеобразной областью зоны 16 контакта, которая расположена между пунктирной ограничительной линией 72 и вторым краем 18 зоны контакта (то есть, в целом, кольцеобразная полоса 44 уплотнения расположена между вторым краем 18 зоны контакта и зонами 70CW для вращения по часовой стрелке и 70CCW для вращения против часовой стрелки).the dashed boundary line 72 touching the first edge 17 of the contact zone at the point T73 mates. The clockwise rotation contact zone 70CW corresponds to a rise 42CW of the dynamic edge 4 and is formed by compression by the rotating surface 5 of the portion of the clockwise rotation rise 42CW. Similarly, the contact zone 70CCW for counterclockwise rotation corresponds to the rise 42CCW of the dynamic edge 4 and is formed by compression by the rotating surface 5 of the part of the 42CCW hoist for counterclockwise rotation. In general, the annular seal strip 44 is basically an annular region of the contact zone 16, which is located between the dashed boundary line 72 and the second edge of the contact zone 18 (i.e., in general, the annular seal strip 44 is located between the second edge of the contact zone 18 and the zones 70CW for clockwise rotation and 70CCW for counterclockwise rotation).
Зона 16 контакта характеризуется минимальной шириной 84 входа и минимальной шириной 85 отклонения, которые могут быть равными или различными по размерам. Предпочтительно, чтобы минимальная ширина 84 входа была меньше минимальной ширины 85 отклонения, причины этого будут описаны позже при рассмотрении фиг.2С.The contact zone 16 is characterized by a minimum entrance width 84 and a minimum deviation width 85, which may be equal or different in size. Preferably, the minimum width 84 of the entrance was less than the minimum width 85 of the deviation, the reasons for this will be described later when considering figs.
Вращающаяся поверхность 5 смачивается первой текучей средой 6, которая предпочтительно является жидким масляным смазочным материалом. При вращении против часовой стрелки скорость вращения увлекает тонкую пленку первой текучей среды 6 после входного бокового края 60CW, края 68CW повторного входа зоны контакта и выступающего по окружности края 66CW и в зону 70CW контакта для вращения по часовой стрелке, являющейся частью зоны 16 контакта. Данное введение пленки смазочного материала приводит к появлению гидродинамической подъемной силы в зоне 16 контакта, что приводит к небольшому подниманию динамической кромки 4, что устраняет большую часть прямого трения скольжения между динамической кромкой 4 и вращающейся поверхностью 5. Когда пленка находится в зоне 70CW контакта для вращения по часовой стрелке, скорость вращения вынуждает пленку перемещаться, в основном, вдоль окружности по часовой стрелке внутри зоны 70CW контакта для вращения по часовой стрелке, а некоторая часть пленки выходит из зоны 70CW контакта после зоны 62CW контакта с повышенным давлением и повторно поступает в камеру 23, которая показана на фиг.1. Зона 62CW контакта с повышенным давлением, которая выполнена скошенной относительно направления относительного вращения, немного уменьшает толщину пленки и заставляет часть пленки, которая перемещалась по окружности в зоне 70CW контакта для вращения по часовой стрелке, переместиться в кольцеобразную полосу 44 уплотнения и по направлению к кольцеобразному второму The rotating surface 5 is wetted by the first fluid 6, which is preferably a liquid oil lubricant. When rotated counterclockwise, the rotation speed captures a thin film of the first fluid 6 after the input side edge 60CW, the re-entry edge 68CW of the contact zone and the circumferential edge 66CW, and the contact zone 70CW for clockwise rotation, which is part of the contact zone 16. This introduction of the lubricant film results in a hydrodynamic lifting force in the contact zone 16, which leads to a slight increase in the dynamic edge 4, which eliminates most of the direct sliding friction between the dynamic edge 4 and the rotating surface 5. When the film is in the rotation contact region 70CW clockwise, the rotation speed forces the film to move mainly along the circumference in a clockwise direction inside the contact zone 70CW for clockwise rotation, and some part of the film and leaves the contact zone 70CW after the pressure contact zone 62CW and re-enters the chamber 23, which is shown in FIG. 1. The pressurized contact zone 62CW, which is beveled relative to the direction of relative rotation, slightly reduces the thickness of the film and causes the part of the film that moved around the circumference in the clockwise rotation zone 70CW to move into the annular seal strip 44 and towards the annular second
краю 18 зоны контакта. Когда пленка попадает в кольцеобразную полосу 44 уплотнения, она замещается другой частью смазочного материала, поступающего в кольцеобразную полосу 44 уплотнения, и перемещается более или менее по спирали, покидая при этом зону 16 контакта, проходя через второй край 18 зоны контакта. Результатом является утечка первой текучей среды 6 во вторую текучую среду 7 и смазывание кольцеобразной полосы 44 уплотнения. Указанное перемещение первой текучей среды 6 во вторую текучую среду 7 обеспечивает промывающее действие, которое помогает удалить частицы загрязняющих веществ, которые могут присутствовать в зоне 16 контакта, а также помогает предотвратить перемещение загрязняющих веществ по направлению к камере 23. Величина утечки и промывающего действия может изменяться от маленьких до больших значений посредством изменения параметров формы уплотнения. Так, изменяя кривизну первичной кривой 52, можно менять сужение динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5 в вытянутом углублении 40.edge 18 of the contact zone. When the film enters the annular seal strip 44, it is replaced by another part of the lubricant entering the annular seal strip 44, and moves more or less in a spiral, leaving the contact zone 16, passing through the second edge 18 of the contact zone. The result is a leak of the first fluid 6 into the second fluid 7 and lubrication of the annular seal strip 44. Said movement of the first fluid 6 into the second fluid 7 provides a flushing action that helps to remove contaminant particles that may be present in the contact zone 16, and also helps prevent contaminants from moving towards the chamber 23. The amount of leakage and flushing action may vary from small to large values by changing the shape of the seal. So, changing the curvature of the primary curve 52, you can change the narrowing of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5 in the elongated recess 40.
При вращении отклоняющее действие обеспечивает смазывание сопряженных поверхностей уплотнения 2 и вращающейся поверхности 5 по всей зоне 16 контакта даже в условиях, когда давление первой текучей среды 6 может превосходить давление второй текучей среды 7 на сотни или даже тысячи фунтов на квадратный дюйм.During rotation, the deflecting action lubricates the mating surfaces of the seal 2 and the rotating surface 5 over the entire contact zone 16 even under conditions where the pressure of the first fluid 6 can exceed the pressure of the second fluid 7 by hundreds or even thousands of pounds per square inch.
При вращении по часовой стрелке, после зоны 62CW контакта с повышенным давлением тонкая пленка первой текучей среды 6 также увлекается в зону 70CCW контакта для вращения против часовой стрелки. Когда пленка находится в зоне 70CCW контакта для вращения против часовой стрелки, скорость вращения вынуждает ее перемещаться, в основном, по окружности по часовой стрелке до тех пор, пока она не выйдет из зоны 70CCW контакта для вращения против часовой стрелки через входной боковой край 60CCW, край 68CCW повторного входа зоны контакта и выступающий по окружности край 66CCW. Это, по существу, круговое, перемещение пленки в зоне 70CCW контакта для вращения против часовой стрелки обеспечивает отличное смазывание зоны 70CCW контакта для вращения против часовой стрелки без заметного увеличения крутящего момента, для преодоления силы трения уплотнения.Upon clockwise rotation, after the pressure contact zone 62CW, the thin film of the first fluid 6 is also entrained in the contact zone 70CCW for counterclockwise rotation. When the film is in the anti-clockwise rotation zone 70CCW, the rotation speed forces it to move mainly in a clockwise circle until it leaves the anti-clockwise rotation zone 70CCW through the input side edge of 60CCW, the contact zone reentry edge 68CCW and the circumferential edge 66CCW. This substantially circular movement of the film in the counter-clockwise rotation zone 70CCW provides excellent lubrication of the counter-clockwise rotation zone 70CCW without a noticeable increase in torque to overcome the friction forces of the seal.
В соответствии с законом физики два разных объекта не могут занимать одно и то же пространство в одно и то же время. По всей длине вдоль окружности зоны 70CCW контакта для вращения против часовой стрелки наличие перемещающейся, вообще говоря, по окружности пленки в указанной зоне минимизирует или предотвращает любую боковую утечку из, в основном, кольцеобразной полосы 44 уплотнения в зону 70CCW контакта для вращения против часовой стрелки и, таким образом, минимизирует или предотвращает любую боковую утечку в первую текучую среду 6, расположенную в In accordance with the law of physics, two different objects cannot occupy the same space at the same time. Over the entire length along the circumference of the counterclockwise rotation zone 70CCW, the presence of a film moving generally around the circumference in said zone minimizes or prevents any lateral leakage from the substantially annular seal strip 44 to the counterclockwise rotation zone 70CCW and thus minimizes or prevents any lateral leakage into the first fluid 6 located at
камере 23 и, следовательно, помогает сохранить достаточную толщину пленки внутри кольцеобразной полосы 44 уплотнения, что нужно для гарантирования достаточного смазывания.chamber 23 and therefore helps to maintain sufficient film thickness inside the annular seal strip 44, which is necessary to ensure sufficient lubrication.
При вращении по часовой стрелке посредством, по существу, кругового перемещения пленки внутри зоны 70CCW контакта для вращения против часовой стрелки, в зоне 70CCW контакта для вращения против часовой стрелки имеет место постоянное промывающее действие, которое переносит теплоту, выработанную в уплотнении, от зоны 16 контакта в основной объем первой текучей среды 6, находящейся в камере 23. Это помогает поддерживать температуру динамической кромки 4 близкой к температуре первой текучей среды 6.When rotating clockwise by substantially circularly moving the film inside the counterclockwise rotation contact zone 70CCW, a constant flushing action takes place in the counterclockwise rotation contact zone 70CCW that transfers the heat generated in the seal from the contact zone 16 into the main volume of the first fluid 6 located in the chamber 23. This helps maintain the temperature of the dynamic edge 4 close to the temperature of the first fluid 6.
В уплотнениях, устанавливаемых с натягом, таких, какое изображено на фиг.1-1F, зоны 62CW и 62CCW контакта с повышенным давлением, которые наиболее близко лежат ко второму краю 18 зоны контакта, также находятся в области, которая находится на одной линии с силой сжатия, вызванной контактом статичной уплотнительной поверхности 20 и периферийной стенкой 11. Следовательно, существует тенденция увеличения величины давления контакта в тех частях зон 62CW и 62CCW контакта с повышенным давлением, которые расположены наиболее близко ко второму краю 18 зоны контакта. Предпочтительный переменный радиус кривизны многофункциональных краев 46CW и 46CCW, показанный на фиг.1А, помогает управлять величиной давления контакта в частях зон 62CW и 62CCW контакта с повышенным давлением, которые расположены наиболее близко ко второму краю 18 зоны контакта. Для упрощения кривизна многофункциональных краев 46CW и 46CCW может быть фиксированной, а не переменной. На фиг.1 В показано уплотнение по фиг.1А, причем кривизна многофункциональных краев 46CW и 46CCW изменяется по синусоиде от минимального значения на линии Е-Е до максимального на линии F-F. Кривизна многофункциональных краев 46CW и 46CCW также изменяется на фиг.3В и, в качестве упрощения, не меняется на фиг.3, 3А, 14 и 15.In seals fitted with an interference fit, such as that shown in FIGS. 1-1F, the pressure contact zones 62CW and 62CCW, which are closest to the second edge 18 of the contact zone, are also in a region that is in line with the force compression caused by the contact of the static sealing surface 20 and the peripheral wall 11. Therefore, there is a tendency to increase the magnitude of the contact pressure in those parts of the contact zones 62CW and 62CCW of contact with high pressure, which are located closest to the second edge 18 of the zone of the contact ta. The preferred variable radius of curvature of the multifunctional edges 46CW and 46CCW shown in FIG. 1A helps to control the magnitude of the contact pressure in the portions of the pressurized contact zones 62CW and 62CCW that are located closest to the second edge 18 of the contact zone. To simplify, the curvature of the 46CW and 46CCW multifunctional edges can be fixed rather than variable. FIG. 1B shows the seal of FIG. 1A, wherein the curvature of the multifunctional edges 46CW and 46CCW changes in a sinusoidal fashion from a minimum value on line EE to a maximum on line F-F. The curvature of the multifunctional edges 46CW and 46CCW also changes in FIG. 3B and, as a simplification, does not change in FIGS. 3, 3A, 14 and 15.
Что касается первой текучей среды 6, которая при вращении по часовой стрелке попадает в зону 70CW контакта для вращения по часовой стрелке, то чем меньше давление в зоне 62CW контакта с повышенным давлением, тем меньше первая текучая среда будет отклоняться ко второму краю 18 зоны контакта и тем меньше скорость гидродинамической утечки первой текучей среды 6 во вторую текучую среду 7. Тем не менее, что касается первой текучей среды 6, которая попадает в зону 70CCW контакта для вращения против часовой стрелки, чем ниже давление в зоне 62CCW контакта с повышенным давлением, тем большее количество первой текучей среды 6 попадет в зону As for the first fluid 6, which, when turned clockwise, enters the contact zone 70CW for clockwise rotation, the lower the pressure in the increased pressure contact zone 62CW, the less the first fluid will deviate to the second edge 18 of the contact zone and the lower the rate of hydrodynamic leakage of the first fluid 6 into the second fluid 7. However, with regard to the first fluid 6, which enters the contact zone 70CCW for counterclockwise rotation, the lower the pressure in the contact zone 62CCW higher pressure, the greater the amount of the first fluid 6 will fall into the zone
70CCW контакта для вращения против часовой стрелки.70CCW contact for counterclockwise rotation.
Вообще, с точки зрения уменьшения крутящего момента, необходимого для преодоления трения уплотнения, предпочтительно, чтобы свойство гидродинамического всасывания вытянутого углубления 40 было как можно сильнее и, следовательно, в зону 16 контакта поступало бы как можно больше смазочного материала, и желательно, чтобы зоны 62CW и 62CCW контакта с повышенным давлением были настолько активными, насколько нужно для отклонения количества пленки через кольцеобразную полосу 44 уплотнения достаточного для соответствующего смазывания при предусмотренных рабочих условиях. Изменяемый радиус кривизны многофункциональных краев 46CW и 46CCW, которые показаны на фиг.1А, 1В и 3В, помогает регулировать величину отклонения пленки посредством удаления материала уплотнения из зоны сжатия для регулирования величины давления в зонах 62CW и 62CCW контакта с повышенным давлением.In general, from the point of view of reducing the torque required to overcome the seal friction, it is preferable that the hydrodynamic absorption property of the elongated recess 40 is as strong as possible and, therefore, as much lubricant as possible will enter the contact zone 16, and it is desirable that the 62CW zones and the 62CCW high pressure contacts were as active as needed to deflect the amount of film through the O-ring strip 44 of a seal sufficient for proper lubrication when provided ennyh operating conditions. The variable radius of curvature of the multifunctional edges 46CW and 46CCW, which are shown in FIGS. 1A, 1B and 3B, helps to adjust the deflection of the film by removing the seal material from the compression zone to control the pressure in the pressure contact zones 62CW and 62CCW.
Зона 70CCW контакта для вращения против часовой стрелки предпочтительно является зеркальным образом зоны 70CW контакта для вращения по часовой стрелке, что выполняется для обеспечения одинаковых функций с зоной 70CW контакта для вращения по часовой стрелке при вращении в противоположном направлении.The counterclockwise rotation contact zone 70CCW is preferably a mirror image of the clockwise rotation contact zone 70CW, which is performed to provide the same functions as the contact zone 70CW for the clockwise rotation when rotating in the opposite direction.
При вращении против часовой стрелки возникает аналогичное гидродинамическое смазывание, как описано выше, с учетом того, что вращение осуществляется против часовой стрелки. Другими словами, функции зоны 70CW контакта для вращения по часовой стрелке и зоны 70CCW контакта для вращения против часовой стрелки меняются местами при изменении направления вращения на противоположное.When rotating counterclockwise, a similar hydrodynamic lubrication occurs, as described above, given that the rotation is counterclockwise. In other words, the functions of the clockwise rotation zone 70CW and the counterclockwise rotation zone 70CCW change places when the direction of rotation is reversed.
В уплотнениях, описанных в патенте США 5230520 и промышленно изготавливаемых фирмой «Kalsi Engineering», любой смазочный материал, который гидродинамически загоняется клином в движущуюся зону контакта (то есть движущийся уплотняемый стык), должен пересекать место со сравнительно высоким давлением, которое образовано посредством «краевых эффектов» сжатия. Когда давление контакта наносится на график, данное высокое давление выглядит как волнистый гребень, который проходит вдоль смазываемого края зоны контакта.In the seals described in US Pat. effects ”compression. When contact pressure is plotted, this high pressure looks like a wavy crest that runs along the lubricated edge of the contact zone.
В настоящем изобретении смазочный материал, который гидродинамически загоняется клином в зону 16 контакта в вытянутом углублении 40, не должен пересекать гребнеобразное место высокого давления в зоне контакта, так как вытянутое углубление 40 и особенно его закругления 50CW и 50CCW углубления могут просто иметь такую форму, чтобы сужение с вращающейся поверхностью 5 было достаточно плавным, что обеспечивает регулирование величины и профиля давления контакта, при этом In the present invention, a lubricant that is hydrodynamically driven by the wedge into the contact zone 16 in the elongated recess 40 does not have to intersect the ridge-shaped high-pressure site in the contact zone, since the elongated recess 40 and especially its curves 50CW and 50CCW of the recess can simply be shaped so that the narrowing with the rotating surface 5 was smooth enough, which provides control of the magnitude and profile of the contact pressure, while
предотвращается образование гребня давления контакта и, таким образом, достигается высокая эффективность гидродинамического расклинивающего действия.formation of a contact pressure ridge is prevented and thus a high efficiency of a hydrodynamic proppant is achieved.
Низкий крутящий момент на преодоление трения уплотнения, обеспечиваемый настоящим изобретением, приводит к тому, что выделяется меньшее количество теплоты, что помогает минимизировать уменьшение модуля упругости материала уплотнения, связанное с температурой. Это помогает уплотнению лучше сопротивляться экструзии и быть менее склонным к классическому «отламыванию маленьких кусков» или «экструзионному повреждению», что подтверждается при сравнительном тестировании. Так как экструзионное повреждение может способствовать всасыванию абразива и также может нарушать пленку смазочного материала рядом с кольцеобразной стопорной формой и привести к дополнительному трению и износу, то уменьшение крутящего момента, обеспечиваемое настоящим изобретением, в значительной степени способствует большему сроку эксплуатации при неблагоприятных рабочих условиях.The low torque to overcome seal friction provided by the present invention results in less heat being generated, which helps minimize the decrease in elastic modulus of the seal material associated with temperature. This helps the seal to better resist extrusion and be less prone to the classic “breaking off small pieces” or “extrusion damage”, as confirmed by comparative testing. Since extrusion damage can contribute to the absorption of the abrasive and can also disrupt the film of lubricant near the annular stopper shape and lead to additional friction and wear, the reduction in torque provided by the present invention greatly contributes to a longer service life under adverse operating conditions.
В некотором оборудовании (таком, как герметизированные подшипниковые устройства забойных двигателей) относительно высокое отклонение вала и другие факторы допускают значительное радиальное движение между валом и корпусом уплотнения, что приводит к увеличенному экструзионному повреждению. Увеличенное сопротивление экструзии, соответствующее настоящей полезной модели, поможет продлить срок эксплуатации уплотнения такого оборудования. Улучшенное смазывание, обеспечиваемое полезной моделью, также помогает выдержать высокий уровень начального сжатия, который необходим для адаптации к высоким уровням радиального перемещения между валом и корпусом уплотнения.In some equipment (such as sealed downhole motor bearing devices), relatively high shaft deflection and other factors allow significant radial movement between the shaft and the seal housing, resulting in increased extrusion damage. The increased extrusion resistance corresponding to this utility model will help extend the life of the seal of such equipment. The improved lubrication provided by the utility model also helps withstand the high level of initial compression that is required to adapt to high levels of radial movement between the shaft and the seal housing.
При низком перепаде давления лабораторные тесты без охлаждения со смазочным материалом с коэффициентом вязкости ISO 32 показали, что для уплотнений, изготовленных в соответствии с настоящей полезной моделью, крутящий момент уменьшается вдвое по сравнению с существующими уплотнениями, изготовленными в соответствии с фиг.2 патента США 5230520. Также уплотнения, изготовленные в соответствии с настоящей полезной моделью, способны вращаться в два раза быстрее по сравнению с существующими уплотнениями до того, как будет достигнута критическая температура, связанная с выделением теплоты в уплотнении. Уплотнения тестировались на отдельных частях одного и того же вала, с одинаковым биением и одинаковым корпусом уплотнения, при этом уплотнения не охлаждались ничем, кроме как неподвижным воздухом комнатной температуры.At a low pressure drop, laboratory tests without cooling with a lubricant with a viscosity coefficient of ISO 32 showed that for seals made in accordance with this utility model, the torque is halved compared to existing seals made in accordance with figure 2 of US patent 5230520 Also, seals made in accordance with this utility model are able to rotate twice as fast as existing seals before a critical temperature is reached. temperature associated with the release of heat in the seal. The seals were tested on separate parts of the same shaft, with the same runout and the same seal body, while the seals were not cooled by anything but stationary air at room temperature.
Методика проектирования геометрической формы динамической кромки 4, описанной выше при рассмотрении фиг.1-1F, чрезвычайно гибка и может быть легко The design technique for the geometric shape of the dynamic edge 4 described above when considering FIGS. 1-1F is extremely flexible and can be easily
изменена с целью получения необходимых модификаций формы зоны контакта и профиля давления в зоне контакта.modified to obtain the necessary modifications to the shape of the contact zone and the pressure profile in the contact zone.
Например, форма зоны 16 контакта, показанной на фиг.2А, может быть получена увеличением длины вдоль окружности вытянутого углубления 40. В другом примере форма зоны 16 контакта, показанной на фиг.2В, может быть получена уменьшением кривизны первичной кривой 52, чтобы первичная кривая 52 занимала вдоль окружности большую часть подъема 42CW для вращения по часовой стрелке или подъема 42CCW для вращения против часовой стрелки.For example, the shape of the contact zone 16 shown in FIG. 2A can be obtained by increasing the length along the circumference of the elongated recess 40. In another example, the shape of the contact zone 16 shown in FIG. 2B can be obtained by reducing the curvature of the primary curve 52 so that the primary curve 52 took along the circumference most of the 42CW hoist for clockwise rotation or the 42CCW hoist for counterclockwise rotation.
Для максимального смазывания форма зоны 16 контакта, представленная на фиг2, более предпочтительна, чем форма зоны 16 контакта, представленная на фиг.2А, так как части входных боковых краев 60CW и 60CCW (сформированных склоном 49 вытянутого углубления 40) на фиг.2А расположены ближе по окружности и, следовательно, гидродинамическое смазывание будет малым или вообще будет отсутствовать, и также эта ситуация не оптимальна для предотвращения утечки пленки.For maximum lubrication, the shape of the contact zone 16 shown in FIG. 2 is more preferable than the shape of the contact zone 16 shown in FIG. 2A, since portions of the input side edges 60CW and 60CCW (formed by the slope 49 of the elongated recess 40) in FIG. around the circumference and, consequently, hydrodynamic lubrication will be small or absent altogether, and this situation is also not optimal for preventing film leakage.
Для максимального смазывания форма зоны 16 контакта по фиг.2 также более предпочтительна, чем форма зоны 16 контакта по фиг.2В. Что касается зоны 16 контакта, показанной на фиг.2, так как первая текучая среда 6, которая смачивает вращающуюся поверхность 5, воздействует на край зоны 16 контакта в краях 68CW или 68CCW повторного входа зоны контакта, то первая текучая среда 6, скорее всего, попадет в зону 16 контакта, чем обтечет выступающие по окружности края 66CW или 66CCW, потому что для обтекания выступающих по окружности краев 66CW или 66CCW первая текучая среда 6 должна была бы переместиться в направлении, противоположном направлению вращения. Что касается зоны 16 контакта, показанной на фиг.2В, то любая текучая среда, обтекающая зону 16 контакта (вместо того, чтобы попасть в нее), будет по-прежнему перемещаться в направлении относительного вращения. Следовательно, скорее текучая среда попадет в зону 16 контакта, показанную на фиг.2, по сравнению с зоной 16 контакта, показанной на фиг.2В.For maximum lubrication, the shape of the contact zone 16 of FIG. 2 is also more preferable than the shape of the contact zone 16 of FIG. 2B. As for the contact zone 16 shown in FIG. 2, since the first fluid 6, which wets the rotating surface 5, acts on the edge of the contact zone 16 at the edges of the contact zone re-entry 68CW or 68CCW, the first fluid 6 is most likely will fall into the contact zone 16, which circumferentially protrudes around the edges of the 66CW or 66CCW, because for the flow around the protruding around the edges of the 66CW or 66CCW, the first fluid 6 would have to move in the opposite direction of rotation. As for the contact zone 16 shown in FIG. 2B, any fluid flowing around the contact zone 16 (instead of getting into it) will still move in the direction of relative rotation. Therefore, more likely the fluid enters the contact zone 16 shown in FIG. 2, compared with the contact zone 16 shown in FIG. 2B.
Как утверждалось ранее, края 68CW и 68CCW повторного входа зоны контакта образуются в результате сжатия вращающейся поверхностью 5 склона 49 углубления и закругления 50CW и 50CCW углубления. Предпочтительно, чтобы закругления 50CW и 50CCW углубления изготавливались посредством выступов на литейной форме, которая подвергается износу в процессе работы. Так как выступы литейной формы изнашиваются, то форма зоны 16 контакта медленно изменяется от той, которая изображена на фиг.2, и, в конце концов, станет более похожей на форму, представленную на фиг.2В. Глубина закруглений 50CW и 50CCW углубления выбрана так, чтобы максимизировать срок As previously stated, the edges 68CW and 68CCW of re-entering the contact zone are formed as a result of compression by the rotating surface 5 of the slope 49 of the recess and the rounding 50CW and 50CCW of the recess. Preferably, the 50CW and 50CCW roundings are made by protrusions on the mold, which is subject to wear during operation. As the protrusions of the mold wear out, the shape of the contact zone 16 slowly changes from that shown in FIG. 2, and will eventually become more similar to the shape shown in FIG. 2B. The 50CW and 50CCW rounding depths are chosen to maximize the life.
эксплуатации литейной формы, чтобы посредством указанной литейной формы можно было бы в течение большого периода времени изготавливать уплотнения, содержащие сжатые зоны контакта с необходимыми краями 68CW и 68CCW повторного входа зоны контакта.the operation of the mold, so that through the mold, it would be possible for a long time to produce seals containing compressed contact zones with the necessary edges of the contact zone re-entry 68CW and 68CCW.
На фиг.2С для ориентации обозначены вращающаяся поверхность 5, первый край 17 зоны контакта, второй край 18 зоны контакта, камера 23, входные боковые края 60CW и 60CCW, места 64CW и 64CCW наибольшего давления, края 68CW и 68CCW повторного входа зоны контакта, зоны 70CW и 70CCW контакта для вращения по часовой стрелке и против часовой стрелки и пунктирная ограничительная линия 72. На фиг.2С показана зона 16 контакта, которая во всех отношениях аналогично этой зоне на фиг.2, за исключением того, что величина минимальной ширины 85 отклонения больше на фиг.2С. Если минимальная ширина 84 входа и минимальная ширина 85 отклонения равны, то больше частей зоны 62CW и 62CCW контакта с повышенным давлением, которые расположены рядом с минимальной шириной 85 отклонения, будут расположены внутри кольцеобразной полосы 44 уплотнения и, следовательно, их будет тяжелее смазать. Если сделать минимальную ширину 85 отклонения больше минимальной ширины 84 входа, то очень небольшая часть зон 62CW и 62CCW контакта с повышенным давлением будет лежать внутри кольцеобразной полосы 44 уплотнения, которую тяжело смазывать. Если сделать минимальную ширину 85 отклонения больше минимальной ширины 84 входа, то почти все части зон 62CW и 62CCW контакта с повышенным давлением хорошо смазываются, так как они находятся на одной линии по окружности с гидродинамическими входными участками, которые формируются между точкой Т73 сопряжения и выступающими по окружности краями 66CW или 66CCW соответственно. Величина отношения минимальной ширины 84 входа и минимальной ширины 85 отклонения также может использоваться для регулирования скорости промывания уплотнения. Чем ближе величина минимальной ширины 85 отклонения к величине минимальной ширины 84 входа, тем больше поток первой текучей среды 6 во вторую текучую среду 7. Чем больше величина минимальной ширины 85 отклонения по отношению к величине минимальной ширины 84 входа, тем меньше поток первой текучей среды 6 во вторую текучую среду 7.In FIG. 2C, for orientation, a rotating surface 5, a first edge of a contact zone 17, a second edge of a contact zone 18, a chamber 23, inlet side edges 60CW and 60CCW, 64CW and 64CCW places of highest pressure, edges 68CW and 68CCW of re-entry of the contact zone, are indicated. 70CW and 70CCW of the contact for clockwise and counterclockwise rotation and the dashed boundary line 72. FIG. 2C shows a contact zone 16, which is in all respects similar to this zone in FIG. 2, except that the minimum deviation width 85 more on figs. If the minimum inlet width 84 and the minimum deviation width 85 are equal, then more of the parts of the pressure contact zone 62CW and 62CCW that are located next to the minimum deviation width 85 will be located inside the annular seal strip 44 and therefore will be harder to lubricate. If the minimum deviation width 85 is made larger than the minimum inlet width 84, then a very small portion of the pressure contact zones 62CW and 62CCW will lie inside the annular seal strip 44, which is difficult to lubricate. If we make the minimum deviation width 85 greater than the minimum inlet width 84, then almost all parts of the pressure contact zones 62CW and 62CCW are well lubricated, since they are on the same line as the circumference with the hydrodynamic inlet portions that are formed between the interface point T73 and protruding along circles with edges 66CW or 66CCW respectively. The ratio of the minimum inlet width 84 and the minimum deviation width 85 can also be used to control the washing speed of the seal. The closer the minimum deviation width 85 to the minimum inlet width 84, the greater the flow of the first fluid 6 into the second fluid 7. The larger the minimum deviation width 85 with respect to the minimum inlet width 84, the smaller the first fluid 6 into the second fluid 7.
На фиг.3 показан частичный вид неустановленного уплотнения 2, которое сконфигурировано (перекручиванием или при изготовлении) для сжатия в радиальном направлении и предназначено для уплотнения вращающейся относительно уплотнения поверхности, изнутри имеющей цилиндрическую форму, такую как внутренняя поверхность отверстия корпуса. Динамическая кромка 4 является ориентированным Figure 3 shows a partial view of an unidentified seal 2, which is configured (twisting or manufacturing) for compression in the radial direction and is designed to seal a surface rotating around the seal, having a cylindrical shape from the inside, such as the inner surface of the housing opening. Dynamic Edge 4 is Oriented
наружу элементом, а выступающая статичная уплотнительная кромка 36 является ориентированным внутрь элементом. Диаметр динамической кромки 4 больше диаметра выступающей статичной уплотнительной кромки 36. Как показано, первый концевой участок 14 может быть выполнен, по существу, плоским. Динамическая стопорная линия пересечения 19 обозначена для ориентации.outwardly by the element, and the protruding static sealing lip 36 is an inwardly oriented element. The diameter of the dynamic edge 4 is larger than the diameter of the protruding static sealing edge 36. As shown, the first end portion 14 can be made essentially flat. A dynamic stop line of intersection 19 is indicated for orientation.
Фиг.3А и 3В - это частичные виды неустановленного уплотнения 2, которое сконфигурировано (перекручиванием или при изготовлении) для сжатия в осевом направлении и предназначено для уплотнения вращающейся относительно уплотнения поверхности, по существу, имеющей плоскую форму (такую как фланец вала или корпуса), и данные фигуры ясно иллюстрируют то, что настоящая полезная модель может также использоваться в торцовых уплотнениях. Как динамическая кромка 4, так и выступающая статичная уплотнительная кромка 36 являются, в основном, элементами, ориентированными в осевом направлении. На фиг.3А динамическая стопорная линия пересечения 19 расположена так, что вторая текучая среда 7 находится снаружи по отношению к динамической кромке 4, а первая текучая среда 6, то есть смазывающая текучая среда, находится внутри по отношению к динамической кромке 4. На фиг.3В динамическая стопорная линия пересечения 19 расположена так, что вторая текучая среда 7 находится внутри по отношению к динамической кромке 4, а первая текучая среда 6, то есть смазывающая текучая среда, находится снаружи по отношению к динамической кромке 4. Первый концевой участок 14 может быть, по существу, цилиндрическим, как показано на фиг.3А и 3В. На фиг.3А первый концевой участок 14 образует внутреннюю поверхность уплотнения, а на фиг.3В первый концевой участок 14 образует наиболее удаленную от центра поверхность уплотнения.3A and 3B are partial views of an unidentified seal 2 that is configured (twisting or manufacturing) for axial compression and intended to seal a surface that rotates relative to the seal and is substantially flat (such as a shaft or housing flange), and these figures clearly illustrate that the present utility model can also be used in mechanical seals. Both the dynamic lip 4 and the protruding static sealing lip 36 are mainly axially oriented elements. 3A, the dynamic stop line of intersection 19 is positioned so that the second fluid 7 is outside relative to the dynamic edge 4, and the first fluid 6, i.e. the lubricating fluid, is inside with respect to the dynamic edge 4. In FIG. 3B, the dynamic stopping line of intersection 19 is positioned so that the second fluid 7 is inside with respect to the dynamic edge 4, and the first fluid 6, that is, the lubricating fluid, is outside with respect to the dynamic edge 4. First ends second portion 14 may be substantially cylindrical as shown in Figures 3A and 3B. In FIG. 3A, the first end portion 14 forms the inner surface of the seal, and in FIG. 3B, the first end portion 14 forms the outermost surface of the seal.
На фиг.4-9 показаны поперечные сечения, взятые по центру вытянутого углубления 40, на которых представлены упрощенные варианты выполнения полезной модели. Некоторые элементы фиг.4-6 обозначены для ориентации, а именно: динамическая кромка 4, первый концевой участок 14 уплотнения, второй концевой участок 15 уплотнения, динамическая стопорная линия пересечения 19 и статичная стопорная линия пересечения 38.Figure 4-9 shows cross sections taken in the center of the elongated recess 40, which presents simplified embodiments of the utility model. Some elements of FIGS. 4-6 are indicated for orientation, namely: a dynamic edge 4, a first seal end portion 14, a second seal end portion 15, a dynamic stopping line of intersection 19, and a static stopping line of intersection 38.
Для упрощения, как показано на фиг.4, статичная уплотнительная поверхность 20 выступающей статичной уплотнительной кромки 36 может быть выполнена не обязательно наклонной, как показано на фиг.1А, 1В, 1D, 1E и 1F.To simplify, as shown in FIG. 4, the static sealing surface 20 of the protruding static sealing lip 36 may not necessarily be inclined, as shown in FIGS. 1A, 1B, 1D, 1E, and 1F.
Для упрощения выступающая статичная уплотнительная кромка 36, показанная на фиг.1A-1F, может быть, в целом, удалена, а статичная уплотнительная поверхность 20 может представлять собой просто периферийную поверхность уплотнения, которая, в For simplicity, the protruding static sealing lip 36 shown in FIGS. 1A-1F can generally be removed, and the static sealing surface 20 can simply be a peripheral sealing surface, which, in
целом, находится напротив динамической кромки 4, как показано на фиг.5.generally, it is opposite the dynamic edge 4, as shown in FIG.
Хотя варианты выполнения уплотнения, показанные на фиг.1-5, являются компрессионными уплотнениями, устанавливаемыми с натягом, которые содержат динамическую кромку 4, изготовленную из одного материала, и содержат пружинящий элемент 21, который изготовлен из другого материала, это техническое решение не является каким-либо ограничением полезной модели. Гидродинамическая форма динамической кромки 4, соответствующая полезной модели, может быть приспособлена для различных типов уплотнений вращающихся соединений, и может использоваться один или больше уплотнительных материалов или других компонентов, не выходя при этом за пределы объема изобретения.Although the seal embodiments shown in FIGS. 1-5 are compression fit seals that include a dynamic lip 4 made of one material and contain a spring element 21 that is made of another material, this technical solution is not what or a limitation of the utility model. The hydrodynamic shape of the dynamic edge 4 corresponding to the utility model can be adapted for various types of seals of rotating joints, and one or more sealing materials or other components can be used without departing from the scope of the invention.
На фиг.6 для упрощения изъят пружинящий элемент 21, показанный на фиг.1-5, при этом там, где в других случаях был пружинящий элемент, теперь остается пустое пространство в виде кольцеобразной канавки 22. Такое уплотнение относится к уплотнениям с гибкой кромкой, как описано в переуступленном патенте США 5678829. Кольцеобразная канавка 22 определяет, что динамическая кромка 4 и выступающая статичная уплотнительная кромка 36 принадлежат к разновидности гибких кромок. Данное упрощение более подходит для применения в приложениях, где желательно иметь очень низкое давление в зоне контакта для достижения наименьшего крутящего момента, необходимого для преодоления трения уплотнения, и где исключение проникновения абразивных частиц из окружающей среды не является важным.In FIG. 6, for simplicity, the spring element 21 shown in FIGS. 1-5 has been removed, where, in other cases, there was a spring element, now there is an empty space in the form of an annular groove 22. Such a seal relates to seals with a flexible lip, as described in assigned patent US 5678829. The annular groove 22 determines that the dynamic lip 4 and the protruding static sealing lip 36 belong to a variety of flexible edges. This simplification is more suitable for applications where it is desirable to have a very low pressure in the contact zone to achieve the smallest torque required to overcome seal friction, and where eliminating the penetration of abrasive particles from the environment is not important.
Гибкость динамической кромки 4 несколько ослабляет давление в зоне 16 контакта между динамической кромкой 4 и вращающейся поверхностью 5 (см. фиг.1), что бы имело место, если бы уплотнение принадлежало к типу прямых компрессионных уплотнений (таких, какие представлены на фиг.1-5). Таким образом, гибкость помогает обеспечить меньший крутящий момент, необходимый для преодоления трения уплотнения. Гибкость кромки позволяет использовать материал со сравнительно высоким модулем упругости, который в противном случае был бы неприменим для использования в однородном (без канавок) монолитном уплотнении из-за высокого давления в зоне контакта, который имеет место в однородном уплотнении.The flexibility of the dynamic lip 4 somewhat reduces the pressure in the contact zone 16 between the dynamic lip 4 and the rotating surface 5 (see FIG. 1), which would occur if the seal belonged to the type of direct compression seals (such as those shown in FIG. 1 -5). Thus, flexibility helps provide less torque needed to overcome seal friction. The flexibility of the edge allows the use of a material with a relatively high modulus of elasticity, which otherwise would not be applicable for use in a homogeneous (without grooves) monolithic seal due to the high pressure in the contact zone that occurs in a homogeneous seal.
Упрощенное уплотнение 2, показанное на фиг.6, может быть выполнено из любого подходящего уплотнительного материала, включая эластомерные и резиноподобные материалы и различные полимерные материалы. Тем не менее, предпочтительно, чтобы динамическая кромка 4 была выполнена из армированного материала, такого как многослойный армированный сеткой эластомер.The simplified seal 2 shown in FIG. 6 may be made of any suitable sealing material, including elastomeric and rubber-like materials and various polymeric materials. However, it is preferred that the dynamic edge 4 is made of a reinforced material, such as a multilayer mesh reinforced elastomer.
Варианты выполнения уплотнения, показанные на фиг.7-9 также приспособлены Seal embodiments shown in FIGS. 7-9 are also adapted
для того, чтобы их помещали в кольцеобразной канавке 26 уплотнения и сжимали между первым компонентом 8 механизма и вращающейся поверхностью 5, как описано выше применительно к фиг.1 (то есть сжимали между периферийной стенкой 11 канавки 26 уплотнения и вращающейся поверхностью 5).so that they are placed in the annular groove 26 of the seal and compressed between the first component 8 of the mechanism and the rotating surface 5, as described above with respect to figure 1 (that is, compressed between the peripheral wall 11 of the groove 26 of the seal and the rotating surface 5).
На фиг.7-9 пружинящий элемент 21 и кольцеобразная канавка 22 с фиг.1-5 исключены для упрощения, а уплотнение является однородным (без канавок) уплотнением компрессионного типа с монолитным, состоящим из одной части, корпусом 74, при этом динамическая кромка 4 и статичная уплотнительная поверхность 20 находятся на противоположных сторонах. За исключением особой гидродинамической геометрической формы динамической кромки 4, соответствующей настоящей полезной модели, уплотнение с фиг.7 и 8 выполнено, в целом, согласно патенту США 5230520. На фиг.7 статичная уплотнительная поверхность 20 имеет скошенную форму. С целью дальнейшего упрощения на фиг.8 статичная уплотнительная поверхность 20 не скошена. Скошенная форма статичной уплотнительной поверхности 20 на фиг.7 в установках с небольшим перепадом давления увеличивает степень сжатия и изменяет распределение давления в зоне контакта (по сравнению с уплотнением с фиг.8) с целью уменьшения течи первой текучей среды 6 и улучшения сопротивляемости проникновению второй текучей среды 7.7-9, the spring element 21 and the annular groove 22 of FIGS. 1-5 are excluded for simplicity, and the seal is a uniform (without grooves) compression type seal with a one-piece, one-piece housing 74, with a dynamic edge 4 and the static sealing surface 20 are on opposite sides. With the exception of the particular hydrodynamic geometrical shape of the dynamic lip 4 corresponding to the present utility model, the seals of FIGS. 7 and 8 are generally made according to US Pat. No. 5,230,520. In FIG. 7, the static sealing surface 20 has a beveled shape. For the purpose of further simplification in FIG. 8, the static sealing surface 20 is not chamfered. The beveled shape of the static sealing surface 20 of FIG. 7 in installations with a small differential pressure increases the compression ratio and changes the pressure distribution in the contact zone (compared to the seal of FIG. 8) in order to reduce the leakage of the first fluid 6 and improve the resistance to penetration of the second fluid Wednesday 7.
На фиг.9 представлен еще один упрощенный вариант, в котором выступающая статичная уплотнительная кромка 36 с фиг.7 и 8, а статичная уплотнительная поверхность 20 является не выступающей внешней поверхностью уплотнения 2. За исключением особой гидродинамической геометрической формы динамической кромки 4, соответствующей настоящей полезной модели, уплотнение с фиг.9 выполнено, в целом, согласно патенту США 4610319.Figure 9 shows another simplified version in which the protruding static sealing lip 36 of Figures 7 and 8, and the static sealing surface 20 is a non-protruding outer surface of the seal 2. Except for the special hydrodynamic geometric shape of the dynamic lip 4 corresponding to the present useful models, the seal of Fig.9 is made, in General, according to US patent 4610319.
Предпочтительно, чтобы упрощенные уплотнения согласно фиг.7-9 были изготовлены из упругого материала с номинальной твердостью по дюрометру в пределах от примерно 70 до примерно 97 по Шору А.Preferably, the simplified seals of FIGS. 7-9 are made of an elastic material with a nominal durometer hardness ranging from about 70 to about 97 Shore A.
По сравнению с существующими уплотнениями, выполненными из одного материала, уплотнения согласно фиг.7-9 лучше смазываются и, следовательно, выдерживают большие в процентном выражении степени сжатия и при работе выделяют меньшее количество теплоты и, таким образом, сохраняют сравнительно высокое значение модуля упругости, что улучшает сопротивляемость экструзии.Compared to existing seals made of one material, the seals according to Figs. which improves the extrusion resistance.
На фиг.10-15А показаны уплотнения вращающихся соединений, соответствующие предпочтительным вариантам выполнения настоящей полезной модели, при этом уплотнения изображены в несжатом состоянии, при этом для подпружинивания 10-15A show seals of rotating joints corresponding to preferred embodiments of the present utility model, wherein the seals are depicted in an uncompressed state, while for springing
динамической кромки 4 к вращающейся поверхности 5 (не показана) предусмотрен пружинящий элемент 21. Для ориентации обозначен первый концевой участок 14 уплотнения, который направлен к первой текучей среде 6. Также для ориентации обозначена динамическая стопорная линия пересечения 19 и вторая текучая среда 7.a dynamic edge 4 to a rotating surface 5 (not shown) is provided with a spring element 21. For orientation, a first end portion 14 of the seal is indicated, which is directed to the first fluid 6. Also for orientation, a dynamic stop line of intersection 19 and a second fluid 7 are indicated.
На фиг.10-12В, динамическая кромка 4 изготовлена из упругого уплотнительного материала, пружинящий элемент 21 выполнен в виде пружины, модуль упругости которой превышает модуль упругости динамической кромки, пружинящий элемент 21 расположен в кольцеобразной канавке 22. В гидродинамических уплотнениях очень предпочтительно использовать пружины в качестве пружинящих элементов, так как их большой модуль упругости позволяет форме динамической кромки 4 повторять большие степени отклонения и биения вала и так как пружины лучше сопротивляются высокотемпературной остаточной деформации при сжатии по сравнению с большинством эластомерных пружинящих элементов. На фиг.10 пружинящий элемент 21 выполнен в виде консольной пружины, на фиг.11 и 12В пружинящий элемент 21 выполнен в виде скошенной спиральной пружины, а на фиг.12 и 12А пружинящий элемент представляет собой пружинное кольцо.10-12B, the dynamic lip 4 is made of an elastic sealing material, the spring element 21 is made in the form of a spring, the elastic modulus of which exceeds the elastic modulus of the dynamic edge, the spring element 21 is located in the annular groove 22. It is very preferable to use springs in hydrodynamic seals quality of spring elements, since their large modulus of elasticity allows the shape of the dynamic edge 4 to repeat large degrees of deflection and runout of the shaft and since the springs better resist you juice temperature residual deformation in compression compared with most elastomeric spring elements. In Fig. 10, the spring element 21 is made in the form of a cantilever spring, in Figs. 11 and 12B, the spring element 21 is made in the form of a beveled spiral spring, and in Figs. 12 and 12A, the spring element is a spring ring.
Предпочтительный вариант выполнения по фиг.12 показывает, что при желании область между точкой Т56 сопряжения и динамической стопорной линией пересечения 19 динамической кромки 4 может быть наклонена; на фиг.12 форма данной области, в основном, является конической.The preferred embodiment of FIG. 12 shows that, if desired, the region between the mating point T56 and the dynamic stop line of intersection 19 of the dynamic edge 4 can be tilted; 12, the shape of this region is generally conical.
На фиг.10, 11, 12В и 13 статичная уплотнительная поверхность 20 выполнена из гибкого уплотнительного материала. На фиг.12 и 12А, уплотнение 2 содержит обычный корпус 75, который является обычным для подпружиненных пружинным кольцом уплотнений с кромкой, выступающей в виде консоли, и статичная уплотнительная поверхность 20 является частью корпуса 75. Обычно в такой конструкции уплотнения корпус 75 сжат в отверстии первой компоненты 8 механизма (не показан), при этом посадка с натягом (иногда дополненная покрытием, таким как герметик для прокладок) образует уплотнение между статичной уплотнительной поверхностью 20 и отверстием. Уплотнение по фиг.12 сконфигурировано для удержания второй текучей среды 7, давление которой выше давления первой текучей среды 6, а уплотнения по фиг12А и 12В сконфигурированы для удержания первой текучей среды 6, давление которой выше давления второй текучей среды 7. В любом случае перепад давления существует внутри динамической кромки 4 и помогает прижимать ее к вращающейся поверхности 5 (не показана).10, 11, 12B and 13, the static sealing surface 20 is made of flexible sealing material. 12 and 12A, the seal 2 comprises a conventional housing 75, which is conventional for a spring-loaded spring ring seals with a lip projecting in the form of a cantilever, and a static sealing surface 20 is part of the housing 75. Typically, in such a seal design, the housing 75 is compressed in a hole the first component 8 of the mechanism (not shown), while the interference fit (sometimes supplemented by a coating such as sealant for gaskets) forms a seal between the static sealing surface 20 and the hole. The seal of FIG. 12 is configured to hold the second fluid 7, the pressure of which is higher than the pressure of the first fluid 6, and the seals of FIGS. 12A and 12B are configured to hold the first fluid 6, the pressure of which is higher than the pressure of the second fluid 7. In any case, the pressure drop exists inside the dynamic edge 4 and helps to press it against the rotating surface 5 (not shown).
Уплотнение 2 согласно фиг.13 образует составную структуру, описанную в The seal 2 of FIG. 13 forms the composite structure described in
соответствующем переуступленном патенте США 5738358. Указанная структура помогает регулировать гидродинамическое расклинивающее действие посредством уменьшения установленной силы в зоне контакта между динамической кромкой 4 и вращающейся поверхностью 5 (не показана). Динамическая кромка 4 выполнена из слоя первого упругого уплотнительного материала, а пружинящий элемент 21 выполнен из слоя второго уплотнительного материала, модуль упругости которого обычно меньше модуля упругости материала, из которого изготовлена динамическая кромка 4. Например, для изготовления пружинящего элемента 21 может быть использован эластомер, твердость по дюрометру которого составляет от 30 до 80 по Шору А, а для изготовления динамической кромки 4 может быть использован уплотнительный материал (такой как эластомер или ПТФЭ пластик, армированный углеграфитом), твердость по дюрометру которого превышает 80 по Шору А. Таким образом, сопротивление экструзии у динамической кромки 4 регулируется ее модулем упругости, а давление в зоне контакта динамической кромки 4 и вращающейся поверхности 5 (не показана) регулируется, в основном, модулем упругости пружинящего элемента 21. Это техническое решение обеспечивает отличную сопротивляемость экструзии и сравнительно низкий крутящий момент, необходимый для преодоления трения уплотнения, при работе и при раскреплении. При низком крутящем моменте, необходимом для преодоления трения уплотнения, минимизируется рабочая температура и смягчается связанное с температурой ухудшение свойств уплотнения. Далее по сравнению с однородными конструкциями, показанными на фиг.7-9 в конструкции, представленной на фиг.13, минимизируется искривление гидродинамической геометрической формы, связанное со сжатием. Для уплотнения такого типа, которое показано на фиг.13, стык между материалами, из которых выполнены динамическая кромка 4 и вращающаяся поверхность 5, может принимать любую подходящую форму.US Pat. No. 5,738,358. This structure helps to control the hydrodynamic proppant by reducing the set force in the contact zone between the dynamic edge 4 and the rotating surface 5 (not shown). The dynamic edge 4 is made of a layer of the first elastic sealing material, and the spring element 21 is made of a layer of the second sealing material, the elastic modulus of which is usually less than the elastic modulus of the material from which the dynamic edge 4 is made. For example, an elastomer can be used to make the spring element 21, the durometer hardness of which is from 30 to 80 Shore A, and a sealing material (such as an elastomer or PTFE p asthik reinforced with carbon graphite), the hardness of the durometer of which exceeds 80 Shore A. Thus, the extrusion resistance of the dynamic edge 4 is regulated by its elastic modulus, and the pressure in the contact zone of the dynamic edge 4 and the rotating surface 5 (not shown) is mainly regulated , the elastic modulus of the spring element 21. This technical solution provides excellent resistance to extrusion and the relatively low torque required to overcome the friction of the seal during operation and during unfastening. With the low torque required to overcome seal friction, the operating temperature is minimized and the temperature-related deterioration of the seal is mitigated. Further, in comparison with the homogeneous structures shown in FIGS. 7-9 in the structure shown in FIG. 13, the curvature of the hydrodynamic geometric shape associated with compression is minimized. For a seal of the type shown in FIG. 13, the joint between the materials of which the dynamic edge 4 and the rotating surface 5 are made can take any suitable shape.
Чем больше модуль упругости уплотнительного материала, тем лучше уплотнение сопротивляется повреждениям, связанным с экструзией высоким давлением. Для уплотнений согласно фиг.10-12В и уплотнений в соответствии с другими фигурами, в которых присутствует пружинящий элемент, для наилучшей сопротивляемости экструзии предпочтительно, чтобы динамическая кромка 4 была выполнена из твердого материала со сравнительно большим модулем упругости, который хорошо сопротивляется экструзии, такого как гибкий полимерный материал, эластомер с большим модулем упругости, такого, твердость по дюрометру которого находится в пределах 80-97 по Шору А, или эластомер, армированный сеткой, волокном или металлом, или пластик с высокими характеристиками сопротивляемости температуре, такой как ПТФЭ, армированный The greater the elastic modulus of the sealing material, the better the seal resists damage caused by high pressure extrusion. For the seals according to FIGS. 10-12B and the seals in accordance with other figures in which a spring element is present, for the best extrusion resistance, it is preferable that the dynamic lip 4 be made of a solid material with a relatively large modulus of elasticity, which resists extrusion well, such as a flexible polymer material, an elastomer with a large modulus of elasticity, such that the durometer hardness is in the range of 80-97 Shore A, or an elastomer reinforced with a mesh, fiber or metal m, or plastic with high temperature resistance characteristics, such as reinforced PTFE
углеграфитом, или ПТФЭ с полиэстером или полиимидом.carbon graphite, or PTFE with polyester or polyimide.
На фиг.10, 11, 12В и 13 уплотнения содержат статичную стопорную линию пересечения 38 и выступающую статичную уплотнительную кромку 36, которая определяет статичную уплотнительную поверхность 20 наклонной формы. На фиг.13 пружинящий элемент 21 определяет выступающую статичную уплотнительную кромку 36 и статичную стопорную линию пересечения 38.10, 11, 12B and 13, the seals comprise a static stopping line of intersection 38 and a protruding static sealing lip 36 that defines a static sealing surface 20 of an inclined shape. 13, the spring member 21 defines a protruding static sealing lip 36 and a static stop line of intersection 38.
На фиг.14 показан предпочтительный вариант выполнения, в котором составная кривая (показанная пунктирной линией), проходящая от точки Т78 до точки Т76 и предпочтительно выполненная в соответствии с фиг.16В, регулирует форму криволинейной поверхности наклонного участка 48CCW (и/или наклонного участка 48CW). Также указанная составная кривая позволяет углубить вытянутое углубление 40 для увеличения устойчивости к тепловому расширению и износу литейной формы. На фиг.14 обозначены динамическая кромка 4, первый концевой участок 14, динамическая стопорная линия пересечения 19 и выступающая статичная уплотнительная кромка 36.On Fig shows a preferred embodiment in which a composite curve (shown by a dashed line), passing from point T78 to point T76 and preferably made in accordance with figv, adjusts the curved surface of the inclined section 48CCW (and / or inclined section 48CW ) Also, the specified composite curve allows you to deepen the elongated recess 40 to increase resistance to thermal expansion and wear of the mold. 14, a dynamic edge 4, a first end portion 14, a dynamic stop line of intersection 19 and a protruding static sealing lip 36 are indicated.
На фиг.15 и 15А показаны увеличенные частичные затемненные виды в изометрии предпочтительного варианта выполнения вытянутого углубления 40. На фиг.15 показан полный подъем для вращения против часовой стрелки, а фиг.15А - это еще больше увеличенный вид, для лучшего понимания показывающий только гидродинамическую входную часть указанного подъема. Наклонный участок 48CCW расположен вдоль окружности и, по существу, выровнен с динамической стопорной линией пересечения 19 и поэтому выровнен относительно возможных направлений вращения. Для ориентации обозначены динамическая кромка 4, статичная стопорная линия пересечения 38 уплотнения, первый концевой участок 14 уплотнения, склон 49 углубления и закругление 50CCW углубления. Как показано, уплотнение сконфигурировано для радиального уплотнения, при этом динамическая кромка 4, в целом, направлена по радиусу внутрь к теоретической осевой линии уплотнения, а диаметр статичной стопорной линии пересечения 38 уплотнения превосходит диаметр динамической стопорной линией пересечения 19. Динамическая поверхность 51 уплотнения может быть слегка конической или, по существу, цилиндрической, как показано.FIGS. 15 and 15A show enlarged partially darkened isometric views of a preferred embodiment of the elongated recess 40. FIG. 15 shows a full elevation for counterclockwise rotation, and FIG. 15A is an even larger view, for better understanding, showing only hydrodynamic the entrance of said lift. The inclined portion 48CCW is located along the circumference and is substantially aligned with the dynamic stop line of intersection 19 and therefore aligned with the possible directions of rotation. For orientation, a dynamic lip 4, a static stop line of intersection 38 of the seal, a first end portion of the seal 14, a slope 49 of the recess and a rounding 50CCW of the recess are indicated. As shown, the seal is configured for a radial seal, with the dynamic lip 4 generally radially inward toward the theoretical center line of the seal, and the diameter of the static stop line of intersection 38 of the seal is larger than the diameter of the dynamic stop line of intersection 19. The dynamic surface 51 of the seal can be slightly conical or substantially cylindrical as shown.
Фиг.15В является картой поверхности гидродинамического входного участка, показанного на фиг.15А, и предназначена для лучшего понимания его формы. Профили Р76, Р78 построения и профиль Р55 сопряжения обозначены и служат в качестве первой и второй границ, устанавливающих протяженность вдоль окружности гидродинамического входного участка одного подъема. Профили Р76, Р78 построения представляют границу части вытянутого углубления для вращения против часовой стрелки. Профиль Р78 FIG. 15B is a surface map of the hydrodynamic inlet portion shown in FIG. 15A and is intended to better understand its shape. The profiles P76, P78 of the construction and the profile P55 of the pair are marked and serve as the first and second boundaries, establishing the length along the circumference of the hydrodynamic inlet section of one lift. Structural profiles P76, P78 represent the boundary of a portion of an elongated recess for counterclockwise rotation. Profile P78
построения предпочтительно является кривой, которая пересекается с профилем Р76 построения в точке 97, причем, когда уплотнение сжато вращающейся поверхностью, образуется криволинейный входной боковой край 60CCW (так как показано на фиг.2-2В). Профили Р76 и Р78 построения имеют разные формы и, по меньшей мере, часть одного из них расположена на некотором расстоянии по окружности от второго. Профиль Р76 построения образует, в основном, выпуклую кривую, определяющую часть формы вытянутого углубления 49 между точкой 97 и точкой 100. Профиль Р76 построения предпочтительно определяет, в основном, выпуклую кривую между точкой 100 и точкой 102, указанная кривая формирует часть формы закругления 50CCW углубления. Профиль Р76 построения образует, в основном, выпуклую кривую между точкой 102 и точкой 104, указанная кривая определяет часть формы наклонного участка 48CCW. Склон 49 углубления предпочтительно плавно сопряжен с закруглением 50CCW углубления в точке 100, а закругление 50CCW углубления предпочтительно плавно сопряжено с наклонным участком 48CCW в точке 102.the build is preferably a curve that intersects with the build profile P76 at point 97, wherein when the seal is compressed by a rotating surface, a curved inlet lateral edge 60CCW is formed (as shown in FIGS. 2-2B). The profiles P76 and P78 of the construction have different shapes and at least part of one of them is located at some distance around the circumference of the second. The build profile P76 forms a substantially convex curve defining a portion of the shape of the elongated recess 49 between point 97 and point 100. The build profile P76 preferably defines a substantially convex curve between point 100 and point 102, said curve forming a portion of the rounded shape 50CCW of the depression . The build profile P76 forms a substantially convex curve between point 102 and point 104, which curve defines a portion of the shape of the inclined portion 48CCW. The groove slope 49 is preferably smoothly mated with the rounded groove 50CCW at the point 100, and the groove rounded 50CCW is preferably smoothly mated with the inclined portion 48CCW at 102.
Профиль Р76 построения предпочтительно представляет линию сопряжения или основного сопряжения с прилегающей поверхностью кромки соседнего подъема, который предпочтительно является подъемом для вращения по часовой стрелке (не показан), который представляет собой зеркальное отображение изображенного подъема. Для реализации гладкой поверхности в зоне контакта, установленной гидродинамической геометрической формой входного участка с фиг.15-15В, по меньшей мере, часть гидродинамического входного участка, по существу, плавно сопряжена с прилегающими поверхностями кромки посредством профилей Р76 и Р78 построения. Профиль Р78 построения предпочтительно представляет линию сопряжения или основного сопряжения с прилегающей частью подъема 42CCW для вращения против часовой стрелки (см. фиг.15).The build profile P76 preferably represents a line of mating or basic mating with an adjacent edge surface of an adjacent lift, which is preferably a clockwise rotation lift (not shown), which is a mirror image of the illustrated lift. In order to realize a smooth surface in the contact zone established by the hydrodynamic geometric shape of the inlet section of Figs. The build profile P78 preferably represents the line of mating or main mating with the adjacent portion of the 42CCW lift for counterclockwise rotation (see FIG. 15).
Линии карты, расположенные между профилями Р76 и Р78 построения, параллельны динамической стопорной линии пересечения 19 и составляют карту поверхности вытянутого углубления 40 с фиг.15 и 15А. Каждая линия карты между профилем Р78 построения и профилем Р55 сопряжения представляет собой первичную кривую 52, конечные точки которой предпочтительно плавно сопряжены с прилегающей геометрической формой поверхности кромки (то есть в точках Т78 и Т55 сопряжения). Каждая линия карты между профилем Р76 построения и точкой Т55 сопряжения представляет собой вторичную кривую 54, конечные точки которой, предпочтительно, плавно сопряжены с прилегающей геометрической формой поверхности кромки (то есть в точках Т76 и Т55 сопряжения). Все различные первичные кривые 52 отображают Card lines located between the building profiles P76 and P78 are parallel to the dynamic stop line of intersection 19 and map the surface of the elongated recess 40 of FIGS. 15 and 15A. Each map line between the construction profile P78 and the conjugation profile P55 is a primary curve 52, the end points of which are preferably smoothly mated to the adjacent geometric shape of the edge surface (i.e., at the mating points T78 and T55). Each map line between the construction profile P76 and the conjugation point T55 is a secondary curve 54, the endpoints of which are preferably smoothly mated with the adjacent geometric shape of the edge surface (i.e., at the mating points T76 and T55). All different primary curves 52 display
первичную криволинейную поверхность, ограниченную профилем Р55 сопряжения и профилем Р78 построения. Все различные вторичные кривые 54 отображают вторичную криволинейную поверхность, ограниченную профилем Р55 сопряжения и профилем Р76 построения. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, часть упомянутой выше первичной криволинейной поверхности плавно сопрягалась или, по существу, плавно сопрягалась с упомянутой выше вторичной криволинейной поверхностью по профилю Р55 сопряжения.the primary curved surface bounded by the pairing profile P55 and the build profile P78. All of the various secondary curves 54 represent the secondary curved surface bounded by the mating profile P55 and the construction profile P76. Preferably, at least a portion of the aforementioned primary curved surface smoothly mates or substantially seamlessly mates with the aforementioned secondary curved surface along the mating profile P55.
Профиль Р55 сопряжения представляет линию сопряжения первичной кривой 52 и вторичной кривой 54 каждой линии карты. Как показано на фиг.15В, расположение вдоль окружности профиля Р55 сопряжения предпочтительно не постоянно, по меньшей мере, для части длины профиля Р55 сопряжения.The pairing profile P55 represents the pairing line of the primary curve 52 and the secondary curve 54 of each map line. As shown in FIG. 15B, the circumferential arrangement of the mating profile P55 is preferably not constant for at least a portion of the length of the mating profile P55.
Один пример способа построения линий карты с фиг.15В показан на фиг.16 и 16А; данный метод автоматически регулирует кривизну первичной кривой 52 как функцию диаметра уплотнения, что обеспечивает сужение к валу для семейства уплотнений различного диаметра, при этом размеры уплотнений подобраны под различные внешние размеры оборудования.One example of the map line construction method of FIG. 15B is shown in FIGS. 16 and 16A; this method automatically adjusts the curvature of the primary curve 52 as a function of the diameter of the seal, which provides a narrowing to the shaft for a family of seals of different diameters, while the sizes of the seals are selected for various external dimensions of the equipment.
Способ построения радиусов сопряжений, показанный на фиг.15В и более подробно показанный на фиг.16 и 16А, позволяет плавно сопрягать в направлении, по окружности, два различных профиля, такие как, например, профили Р76 и Р78 построения по фиг.15В, что обеспечивает получение гидродинамической геометрической формы входного участка. Изменяя формы соединяемых профилей построения, можно получить целый ряд различных рабочих характеристик.The method for constructing the radiuses of mates, shown in FIG. 15B and shown in more detail in FIGS. 16 and 16A, allows two different profiles to be smoothly mated in a circumferential direction, such as, for example, the construction profiles P76 and P78 of FIG. 15B, which provides a hydrodynamic geometric shape of the input section. By changing the shapes of the connected construction profiles, you can get a number of different performance characteristics.
На фиг.14-15В показаны уплотнения, предназначенные для уплотнения снаружи цилиндрической поверхности, такой как вал, однако основные формы поперечного сечения подходят (после перекручивания или при изготовлении) для торцовых уплотнений или для уплотнений изнутри цилиндрической поверхности, именно так, как изложено при описании уплотнения согласно фиг.1-1F.Figs. 14-15B show seals intended to be sealed on the outside of a cylindrical surface such as a shaft, however, the main cross-sectional shapes are suitable (after twisting or during manufacture) for mechanical seals or for seals from the inside of a cylindrical surface, exactly as described in the description seals according to figures 1-1F.
На фиг.16-16С схематично показан способ построения, который может быть использован для получения линий карты в площади, ограниченной профилями Р76 и Р78 построения согласно фиг.15В, которые определяют поверхность вытянутого углубления 40, показанного на фиг.15 и 15А. Способы построения согласно фиг.16-16С могут использоваться для соединения любых двух профилей построения для образования гидродинамического входного участка, независимо от того, касается ли один из профилей построения в направлении по окружности другого профиля. Также способ построения, показанный на фиг.16-16С, может использоваться для установления составной кривизны 16-16C schematically shows a construction method that can be used to obtain map lines in the area limited by the construction profiles P76 and P78 of FIG. 15B, which define the surface of the elongated recess 40 shown in FIGS. 15 and 15A. The construction methods of FIGS. 16-16C can be used to connect any two construction profiles to form a hydrodynamic inlet section, regardless of whether one of the construction profiles touches the circumference of the other profile. Also, the construction method shown in Fig.16-16C, can be used to establish composite curvature
наклонного участка 48CW согласно фиг.1-1F - в этом случае лучше воспользоваться видом наклонного участка 48CW в перспективе, показанном на фиг.1 В. В любом случае предпочтительно, чтобы способ построения лежал в плоскости треугольной проекции, расположенной под прямыми углами к теоретической оси уплотнения, предназначенного для уплотнения вращающегося относительно него вала (то есть параллельно первому концевому участку 14 уплотнения и динамической стопорной линии пресечения 19, которые показаны на фиг.1А, 15 или 15А).1C to FIG. 1F — in this case, it is better to use the perspective view of the inclined section 48CW shown in FIG. 1B. In any case, it is preferable that the construction method lie in a plane of triangular projection located at right angles to the theoretical axis a seal designed to seal the shaft rotating relative to it (i.e., parallel to the first end portion 14 of the seal and the dynamic stop line of the suppression 19, which are shown in figa, 15 or 15A).
Линии 86, 88 построения, приведенные для ссылок, являются расположенными по радиусу линиями, начинающимися от теоретической осевой линии/оси 90 уплотнения (см. фиг.16А). Линия 88 построения согласно фиг.16-16С расположена на плоскости разреза D-D по фиг.1В. Теоретическая дуга 92 представляет линию, которая плавно сопряжена с первичной кривой 52 и проходит от линии 86 построения до линии 88 построения. Теоретическая кривая 92 представляет диаметр поверхности уплотнения, прилегающей к первичной кривой 52 (см., например, фиг.1А и 15). Первичная кривая 52 предпочтительно плавно сопряжена с теоретической дугой 92 и, следовательно, плавно сопряжена с прилегающим материалом уплотнения, который представляет теоретическая кривая 92. Первичная кривая 52 предпочтительно плавно сопряжена с вторичной кривой 54 в точке Т55 сопряжения.The construction lines 86, 88 shown for reference are radially spaced lines starting from the theoretical center line / seal axis 90 (see FIG. 16A). The construction line 88 of FIGS. 16-16C is located on the section plane D-D of FIG. 1B. The theoretical arc 92 represents a line that is smoothly conjugated with the primary curve 52 and extends from the construction line 86 to the construction line 88. Theoretical curve 92 represents the diameter of the seal surface adjacent to the primary curve 52 (see, for example, FIGS. 1A and 15). The primary curve 52 is preferably smoothly mated with the theoretical arc 92 and, therefore, smoothly mated with the adjacent seal material, which is the theoretical curve 92. The primary curve 52 is preferably smoothly mated with the secondary curve 54 at the mating point T55.
Вторичная кривая 54 предназначена для того, чтобы подъем 42CW для вращения по часовой стрелке и подъем 42CCW для вращения против часовой стрелки (см. фиг.1А) не пересекались под острым углом и для обеспечения ширины 96 углубления, которое предназначено для приспособления к различным допускам, изменениям величины сжатия и изменению размеров уплотнения при перепадах температуры во время работы уплотнения, для предотвращения общего сглаживания геометрической формы уплотнения относительно вращающейся поверхности 5. Предпочтительно, чтобы не было упомянутого выше пересечения под острым углом, так как острые углы при пересечении в уплотнениях вращающихся соединений иногда приводят к усталостным повреждениям резины и так как геометрическая форма литейной формы, из-за которой образуются острые углы при пересечении, быстро изнашивается, и поэтому размеры уплотнения могут увеличиться, а при больших значениях температурного расширения, разбухании уплотнения, связанном с окружающей средой, осевой нагрузкой уплотнения или его сжатием, могут ухудшиться его рабочие характеристики.Secondary curve 54 is designed so that the 42CW rise for clockwise rotation and the 42CCW rise for counterclockwise rotation (see FIG. 1A) do not intersect at an acute angle and to provide a recess width 96 that is designed to accommodate various tolerances, changes in the amount of compression and changes in the size of the seal during temperature changes during operation of the seal, to prevent general smoothing of the geometric shape of the seal relative to the rotating surface 5. It is preferable that there is no the aforementioned intersections at an acute angle, since sharp angles when intersecting rotating seals in seals sometimes lead to fatigue damage to the rubber and since the geometrical shape of the mold, due to which sharp angles are formed when crossing, wears out quickly and therefore the dimensions of the seal can increase and with large values of thermal expansion, swelling of the seal associated with the environment, the axial load of the seal or its compression, its performance may deteriorate.
Первичная кривая 52 устанавливает степень сужения наклонного участка 48CW и/или вращающейся поверхности 5, если смотреть в направлении вдоль окружности (см. фиг.1 и 17). Скорость сужения является решающим аспектом гидродинамических The primary curve 52 sets the degree of narrowing of the inclined portion 48CW and / or the rotating surface 5 when viewed in a circumferential direction (see FIGS. 1 and 17). Narrowing speed is a crucial aspect of hydrodynamic
рабочих характеристик, так как она регулирует скорость увеличения давления в направлении вдоль окружности в зоне контакта (известной как DPDX) между динамической кромкой 4 и вращающейся относительно нее поверхностью 5.performance, since it controls the rate of increase in pressure in the direction along the circumference in the contact zone (known as DPDX) between the dynamic edge 4 and the surface 5 rotating relative to it.
Например, если радиус первичной кривой 52 остается постоянным для семейства радиальных уплотнений различного диаметра, которые уплотняют вал (для того, чтобы соответствовать различным внешним размерам оборудования, как описано выше при рассмотрении фиг.17), то скорость сужения с вращающейся поверхностью 5 вала изменяется как функция диаметра вращающейся поверхности 5. При заданном радиусе первичной кривой 52, чем больше вал, тем более плавной является скорость сужения, при этом первичная кривая 52 имеет более эффективную форму для гидродинамического клина. Наоборот, чем меньше диаметр вала при заданном радиусе первичной кривой 52, тем менее плавна скорость сужения, что делает форму первичной кривой 52 менее эффективной для поддержания гидродинамического клина. Использование постоянной кривизны во всем семействе уплотнений различных диаметров, приводящее к разному сужению для разных уплотнений семейства, является недостатком существующего уровня техники, что описано при рассмотрении фиг.17. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения скорость сужения является приблизительно одинаковой для каждого уплотнения в семействе уплотнений различных диаметров, так что гидродинамическая форма поддерживает постоянную эффективность гидродинамического клина для всего семейства уплотнений различного диаметра. Таким образом, все уплотнения семейства уплотнений различного диаметра имеют одинаковые гидродинамические рабочие характеристики. Данный принцип подробно описан при рассмотрении фиг.17 и 17А.For example, if the radius of the primary curve 52 remains constant for a family of radial seals of different diameters that seal the shaft (in order to correspond to the different external dimensions of the equipment, as described above with respect to FIG. 17), then the speed of narrowing with the rotating surface 5 of the shaft changes as function of the diameter of the rotating surface 5. For a given radius of the primary curve 52, the larger the shaft, the smoother the narrowing speed, while the primary curve 52 has a more efficient shape for the hydrodynamic nical wedge. On the contrary, the smaller the diameter of the shaft for a given radius of the primary curve 52, the less smooth the narrowing speed, which makes the shape of the primary curve 52 less effective for maintaining a hydrodynamic wedge. The use of constant curvature in the entire family of seals of different diameters, leading to different constrictions for different seals of the family, is a disadvantage of the existing prior art, which is described in connection with FIG. In a preferred embodiment of the present invention, the constriction rate is approximately the same for each seal in the family of seals of different diameters, so that the hydrodynamic shape maintains the constant efficiency of the hydrodynamic wedge for the entire family of seals of different diameters. Thus, all seals of a family of seals of different diameters have the same hydrodynamic performance. This principle is described in detail with reference to FIGS. 17 and 17A.
При геометрической форме, показанной на фиг.16-16С, степень сужения вращающейся поверхности 5 и либо гидродинамического входного участка согласно фиг.15-15В, либо наклонных участков 48CW, 48CCW согласно фиг.1-1F, может поддерживаться, по существу, постоянной для семейства радиальных уплотнений с различными диаметрами в том случае, если ширина 94 первичной дуги и длина 80 первичной дуги первичной кривой 52 поддерживаются постоянными. Длина 80 первичной дуги не является углом, а представляет собой длину дуги, которая измеряется вдоль теоретической дуги 92 от точки Т78 сопряжения до точки 79. Аналогично, длина 82 вторичной дуги не является углом, а представляет собой длину дуги, которая измеряется вдоль теоретической дуги 92 от точки 79 до точки 81. Общая длина 83 дуги является суммой длины 80 первичной дуги и длины 82 вторичной дуги.With the geometric shape shown in FIGS. 16-16C, the degree of narrowing of the rotating surface 5 and either the hydrodynamic inlet portion of FIGS. 15-15B or the inclined sections 48CW, 48CCW of FIGS. 1-1F can be maintained substantially constant for families of radial seals with different diameters if the width 94 of the primary arc and the length 80 of the primary arc of the primary curve 52 are kept constant. The length 80 of the primary arc is not an angle, but represents the length of the arc, which is measured along the theoretical arc 92 from the mating point T78 to point 79. Similarly, the length 82 of the secondary arc is not an angle, but rather the length of the arc, which is measured along the theoretical arc 92 from point 79 to point 81. The total length 83 of the arc is the sum of the length 80 of the primary arc and the length 82 of the secondary arc.
С использованием способа построения, показанного схематично на фиг.16 и 16А, Using the construction method shown schematically in FIGS. 16 and 16A,
предпочтительный путь поддержания, по существу, постоянной степени сужения в семействе радиальных уплотнений различного диаметра при одинаковой ширине 96 углубления заключается в том, чтобы поддерживать, по существу, постоянной длину 83 составной дуги для семейства уплотнений разного диаметра, поддерживая также постоянным отношение длины 82 вторичной дуги к длине 83 составной дуги. Если ширина 96 углубления изменяется от уплотнения к уплотнению, то соответственно необходимо регулировать форму первичной кривой 52 для поддержания одинакового сужения для всех уплотнений.The preferred way to maintain a substantially constant degree of narrowing in the family of radial seals of different diameters with the same recess width 96 is to maintain a substantially constant length 83 of the composite arc for the family of seals of different diameters, while also maintaining a constant ratio of the length 82 of the secondary arc to a length of 83 of the composite arc. If the width 96 of the recess varies from seal to seal, then it is necessary to adjust the shape of the primary curve 52 to maintain the same narrowing for all seals.
С упомянутыми выше ограничениями на ширину 94 первичной дуги и длину 80 первичной дуги (для достижения близких значений сужения для всех уплотнений семейства) узкое место, которое необходимо рассмотреть, состоит в том, что если первичная кривая 52 расположена так, что плавно сопряжена с теоретической дугой 92, то первичная кривая 52 (и наклонный участок 48CW) имеет, в основном, выпуклую форму в уплотнениях большого диаметра (как показано на фиг.16) и имеет, в основном, вогнутую форму в уплотнениях малого диаметра (как показано на фиг.16А) и, следовательно, поддерживает, по существу, одинаковую скорость сужения наклонного участка 48CW и вращающейся относительно него поверхности 5 для всего семейства радиальных уплотнений различного диаметра, независимо от длины подъема вдоль окружности. Следовательно, для заданной кривизны могут быть значения диаметра уплотнения, для которых первичная кривая 52 будет прямой линией (кривой с бесконечным радиусом), уплотнения с большим диаметром будут иметь, в целом, выпуклую первичную кривую 52; а уплотнения с меньшим диаметром будут иметь, в целом, вогнутую первичную кривую 52. При вогнутой форме первичной кривой 52 закругление углубления также имеет вогнутую форму, если смотреть на поперечное сечение в направлении вдоль окружности. Следовательно, по меньшей мере, часть гидродинамического входного участка, образованного вытянутым углублением, будет иметь вогнутую форму, если смотреть на поперечное сечение в направлении вдоль окружности.With the aforementioned restrictions on the width 94 of the primary arc and the length 80 of the primary arc (to achieve close narrowing values for all seals in the family), the bottleneck that needs to be considered is that if the primary curve 52 is located so that it is smoothly connected to the theoretical arc 92, the primary curve 52 (and the inclined portion 48CW) has a substantially convex shape in large diameter seals (as shown in FIG. 16) and has a substantially concave shape in small diameter seals (as shown in FIG. 16A ) and, the investigator on supports substantially the same speed restriction inclined section 48CW and rotating it relative to the surface 5 for the entire family of radial seals of different diameters regardless of the circumferential length of the lift. Therefore, for a given curvature, there may be values of the diameter of the seal, for which the primary curve 52 will be a straight line (a curve with an infinite radius), seals with a large diameter will have, in general, a convex primary curve 52; and seals with a smaller diameter will have, in general, a concave primary curve 52. With the concave shape of the primary curve 52, the rounding of the recess also has a concave shape when looking at the cross section in the circumferential direction. Therefore, at least a portion of the hydrodynamic inlet portion formed by the elongated recess will have a concave shape when viewed from a cross section in a circumferential direction.
Например, если семейство уплотнений сделано по шаблонному уплотнению с внутренним диаметром в 2.75" и выпуклой первичной кривой 52 с радиусом 0.50", то первичная кривая 52 для уплотнения с внутренним диаметром в 0.6" будет иметь радиус, примерно равный 1.468", а первичная кривая 52 для уплотнения с диаметром в 16.5" будет вогнутой и иметь радиус, примерно равный 0.383". Первичная кривая 52 всех уплотнений из упомянутого выше семейства будет иметь, по существу, одинаковую степень сужения с соответствующими валами, даже если их действительные величины кривизны будут отличаться и даже если некоторые их них будут вогнутыми, а другие выпуклыми.For example, if a family of seals is made using a patterned seal with an inner diameter of 2.75 "and a convex primary curve 52 with a radius of 0.50", then the primary curve 52 for a seal with an inner diameter of 0.6 "will have a radius of approximately 1.468", and the primary curve 52 for a seal with a diameter of 16.5 "it will be concave and have a radius of approximately equal to 0.383". The primary curve 52 of all seals from the above family will have essentially the same degree of narrowing with the corresponding shafts, even if their actual curvature will differ and even if some of them will be concave and others convex.
Возвращаясь к фиг.15В, очевидно, что изменение положения профиля Р55 сопряжения наблюдается потому, что отношение длины 82 вторичной дуги к длине 83 составной дуги изменяется по синусоиде от одной линии карты к другой, при этом отношение изменяется от 0,5 в точке 97, где касаются профили Р76 и Р78 построения, до меньшего значения отношения в точке 98, где профиль Р55 становится почти параллельным профилю Р76. Данное синусоидальное изменение отношения помогает получить не граненое, с гладким контуром закругление 50CCW углубления, которое показано на фиг.15 и 15А.Returning to FIG. 15B, it is obvious that the change in position of the conjugation profile P55 is observed because the ratio of the length of the secondary arc 82 to the length 83 of the composite arc changes in a sinusoid from one line of the card to another, while the ratio changes from 0.5 at point 97, where the profiles P76 and P78 of the construction relate, to a smaller ratio at point 98, where the profile P55 becomes almost parallel to the profile P76. This sinusoidal change in ratio helps to obtain a non-faceted, smooth contour rounding 50CCW of the recess, which is shown in FIGS. 15 and 15A.
Для конструкции вытянутого углубления, показанного на фиг.15 и 15А и выполненного линиями карты согласно фиг.15В, первичная кривая 52 является, в целом, выпуклой в некоторых местах и, в целом, вогнутой в других местах, в зависимости от длины 80 первичной дуги и ширины 94 первичной дуги. Например, часть первичных кривых 52, которые расположены рядом с точкой 97, явно выполнены вогнутыми, а те первичные кривые 52, которые находятся дальше от точки 97, явно выполнены выпуклыми.For the design of the elongated recess shown in FIGS. 15 and 15A and made by the map lines of FIG. 15B, the primary curve 52 is generally convex in some places and generally concave in other places, depending on the length 80 of the primary arc and width 94 of the primary arc. For example, a part of the primary curves 52, which are located near point 97, are clearly concave, and those primary curves 52, which are further from point 97, are clearly convex.
Таким образом, на фиг.15В точное сужение с валом изменяется от одной линии карты к следующей. Важно, что сужение от одной линии к другой повторяется при переходе от уплотнения одного диаметра к уплотнению другого диаметра при условии, что длина 80 первичной дуги и ширина 94 первичной дуги остается постоянной или при условии, что длина 83 составной дуги и отношение длины 82 вторичной дуги и длины 83 составной дуги остается постоянной для любой заданной линии карты среди всего семейства уплотнений различных диаметров.Thus, in FIG. 15B, the exact narrowing with the shaft changes from one line of the card to the next. It is important that the narrowing from one line to another is repeated when moving from a seal of one diameter to a seal of another diameter, provided that the length 80 of the primary arc and the width 94 of the primary arc remain constant or provided that the length 83 of the composite arc and the ratio of the length 82 of the secondary arc and the length of the 83 composite arcs remains constant for any given map line among the entire family of seals of various diameters.
Вернемся снова к фиг.1-1F. Сужение вытянутого углубления 40 и вращающейся поверхности 5 в направлении вдоль окружности регулируется тремя независимыми элементами: наклонными участками 48CW и 48CCW, склоном 49 углубления и закруглениями 50CW и 50CCW углубления. Способ регулирования сужения вращающейся поверхности 5 и наклонных участков 48CW и 48CCW для семейства уплотнений с различными диаметрами уже был описан выше. Предполагая, что сужение наклонных участков также одинаково, сужение вдоль окружности между вращающейся поверхностью 5 и склоном 49 углубления с фиг.1-1F может поддерживаться для семейства уплотнений с различными диаметрами, если изменение радиуса, в целом, выпуклой кривой между Т56 и Т57 поверхности склона 49 углубления одинаково для всего семейства уплотнений с различными диаметрами и имеет место для одинакового расстояния вдоль окружности. Сужение вращающейся поверхности 5 и закруглений 50CW и 50CCW углубления с фиг.1-1F можно поддерживать для семейства уплотнений с Returning again to FIGS. 1-1F. The narrowing of the elongated recess 40 and the rotating surface 5 in the circumferential direction is controlled by three independent elements: the inclined sections 48CW and 48CCW, the slope 49 of the recess and the curves 50CW and 50CCW of the recess. A method for controlling the narrowing of the rotating surface 5 and the inclined portions 48CW and 48CCW for a family of seals with different diameters has already been described above. Assuming that the narrowing of the inclined sections is also the same, the narrowing along the circumference between the rotating surface 5 and the slope 49 of the recess of Figs. 49 recesses are the same for the entire family of seals with different diameters and holds for the same distance along the circumference. The narrowing of the rotating surface 5 and the curves 50CW and 50CCW of the recess of FIGS. 1-1F can be supported for the family of seals with
различными диаметрами, если изменение радиуса закругления 50CW, 50CCW одинаково для семейства уплотнений с различными диаметрами и имеет место для одинакового расстояния вдоль окружности.different diameters, if the change in the radius of curvature of 50CW, 50CCW is the same for a family of seals with different diameters and takes place for the same distance along the circumference.
Не выходя за пределы объема полезной модели, первичная кривая 52 и вторичная кривая 54 могут принимать любую подходящую форму, такую как часть окружности, часть эллипса, часть синусоидальной кривой, часть параболической кривой, часть циклоиды, часть версперы/версиеры, комбинация кривых, комбинация кривых и прямых линий (то есть кривых бесконечного радиуса кривизны) и так далее.Without going beyond the scope of the utility model, the primary curve 52 and the secondary curve 54 can take any suitable shape, such as part of a circle, part of an ellipse, part of a sinusoidal curve, part of a parabolic curve, part of a cycloid, part of a persper / version, a combination of curves, a combination of curves and straight lines (that is, curves of infinite radius of curvature) and so on.
Например, на фиг.16В вторичная кривая 54 показана как S-образная кривая, что упрощает получение большей ширины 96 углубления, а на фиг.16 и 16А вторичная кривая 54 показана в виде дуги окружности. На фиг.16-16С первичная кривая 52 показана в виде дуги окружности, которая показана на фиг.16-16С имеющей такой же размер. Центр первичной кривой 52 лежит вдоль линии 86 построения на фиг.16-16С. Центр вторичной кривой 54 расположен вдоль линии 88 построения на фиг.16-16А. Таким образом, указанные линия 86 построения и линия 88 построения являются прямыми линиями бесконечной длины, и они продолжаются за границы чертежа.For example, in FIG. 16B, the secondary curve 54 is shown as an S-shaped curve, which makes it easier to obtain a larger recess width 96, and in FIGS. 16 and 16A, the secondary curve 54 is shown as a circular arc. On Fig.16-16C, the primary curve 52 is shown in the form of an arc of a circle, which is shown in Fig.16-16C having the same size. The center of the primary curve 52 lies along the construction line 86 in FIGS. 16-16C. The center of the secondary curve 54 is located along the construction line 88 in FIGS. 16-16A. Thus, said construction line 86 and construction line 88 are straight lines of infinite length, and they extend beyond the boundaries of the drawing.
Способ построения, показанный на фиг.16В, был использован для создания вытянутого углубления 40, показанного на фиг.14. Посредством способа построения, показанного на фиг.16В, может быть создано углубление любой необходимой ширины 96.The construction method shown in FIG. 16B was used to create an elongated recess 40 shown in FIG. By means of the construction method shown in FIG. 16B, a recess of any desired width 96 can be created.
На фиг.16С форма вторичной кривой 54 при желании может использоваться для отдаления первичной кривой 52 от линии 88 построения, однако следует учесть, что расположенные рядом подъемы, образованные с использованием указанного способа, все равно будут примыкать друг к другу посредством склона 49 углубления (склон 49 углубления показан на других фиг., например, на фиг.1А).In Fig. 16C, the shape of the secondary curve 54 can optionally be used to distance the primary curve 52 from the construction line 88, however, it should be noted that adjacent lifts formed using this method will still adjoin each other by means of a slope 49 of the recess (slope 49 depressions shown in other Fig., For example, figa).
Способ построения, показанный на фиг.16D, может использоваться для установления степени изменения переменной кривизны склона 49 углубления (такой, как показана на фиг.1-1F) и, следовательно, для регулирования сужения склона 49 углубления и вращающейся поверхности 5, и, таким образом, используется для регулирования важного фактора, который влияет на сужение вращающейся поверхности 5 и закруглений 50CW и 50CCW углубления.The construction method shown in FIG. 16D can be used to establish the degree of change in the variable curvature of the slope 49 of the recess (such as that shown in FIGS. 1-1F) and, therefore, to regulate the narrowing of the slope 49 of the recess and the rotating surface 5, and thus thus, it is used to control an important factor that affects the narrowing of the rotating surface 5 and the 50CW and 50CCW roundings.
Предпочтительно, чтобы способ построения согласно фиг.16D осуществлялся на плоскости треугольной проекции, которая расположена под прямыми углами к теоретической оси уплотнения, предназначенного для уплотнения вращающегося вала (то есть параллельно первому концевому участку 14 уплотнения и динамической стопорной It is preferable that the construction method according to FIG. 16D is carried out on a plane of triangular projection, which is located at right angles to the theoretical axis of the seal, designed to seal a rotating shaft (i.e. parallel to the first end portion 14 of the seal and the dynamic retaining
линии пресечения 19, которые показаны на фиг.15 и 15А).suppression lines 19, which are shown in FIGS. 15 and 15A).
На фиг.16D обозначены некоторые элементы, использованные при описании фиг.16, а именно: первичная кривая 52, вторичная кривая 54, точка Т55 сопряжения, точка Т76 сопряжения, точка Т78 сопряжения, точка 81, длина 83 составной кривой, линия 86 построения, линия 88 построения и теоретическая дуга 92. Помимо указанных элементов на фиг.16D также показаны первичная кривая 152 склона, которая, по существу, плавно сопряжена с вторичной кривой 154 склона в точке Т155 сопряжения и плавно сопряжена с теоретической дугой 92 и динамической поверхностью 51 уплотнения в точке Т178 сопряжения. Первичная кривая 152 склона и вторичная кривая 154 склона представляют собой места теоретического пересечения многофункциональных краев 46CW и 46CCW и склона 49 углубления (как показано на фиг.1-1F, закругления 50CW и 50CCW углубления закрывают данные теоретические места пересечения). Упомянутые выше теоретические места пересечения расположены там, где пересекались бы многофункциональные края 46CW и 46CCW и склон 49 углубления, если продолжить их криволинейные поверхности до пересечения по острому углу, при отсутствии закруглений 50CW и 50CCW углубления.In Fig. 16D, some elements used in the description of Fig. 16 are indicated, namely: primary curve 52, secondary curve 54, conjugation point T55, conjugation point T76, conjugation point T78, point 81, composite curve length 83, construction line 86, construction line 88 and theoretical arc 92. In addition to these elements, FIG. 16D also shows a primary slope curve 152, which is substantially smoothly conjugated with a secondary slope curve 154 at mating point T155 and smoothly mated with theoretical arc 92 and dynamic seal surface 51 at point T17 8 pairings. The primary slope curve 152 and the secondary slope curve 154 are the theoretical intersection points of the multifunctional edges 46CW and 46CCW and the recess slope 49 (as shown in FIGS. 1-1F, the 50CW and 50CCW roundings of the recess cover these theoretical intersections). The theoretical intersection points mentioned above are located where the multifunctional edges 46CW and 46CCW and the slope 49 of the recess intersect if their curved surfaces are continued until they intersect at an acute angle, in the absence of curvature 50CW and 50CCW of the recess.
Линия 186 построения, показанная для ссылки, является радиальной линией, начинающейся от теоретической осевой линии/оси уплотнения. Степень сужения склона 49 углубления и вращающейся поверхности 5 можно поддерживать, в основном, постоянной для семейства радиальных уплотнений с различными диаметрами, если поддерживать постоянными ширину 194 и длину 180 первичной дуги 152 склона. Длина 180 дуги не является углом и измеряется вдоль теоретической дуги 92 от точки Т178 сопряжения до точки 179. Аналогично длина 182 дуги не является углом и измеряется вдоль теоретической дуги 92 от точки 179 до точки 81. Общая длина 183 дуги является суммой длины 180 дуги и длины 182 дуги. Обычно длина 183 составной дуги больше, чем длина 83 составной дуги. Составная дуга с длиной 183 и/или составная дуга с длиной 83 в предпочтительном варианте выполнения могут доходить до нижней точки подъема, которая расположена на плоскости разреза F-F с фиг.1В.The construction line 186 shown for reference is a radial line starting from a theoretical center line / axis of compaction. The degree of narrowing of the slope 49 of the recess and the rotating surface 5 can be kept substantially constant for a family of radial seals with different diameters, if the width 194 and the length 180 of the primary arc 152 of the slope are kept constant. The length of the arc 180 is not an angle and is measured along the theoretical arc 92 from the point T178 of the interface to point 179. Similarly, the length 182 of the arc is not an angle and is measured along the theoretical arc 92 from point 179 to point 81. The total length of the arc 183 is the sum of the length of 180 of the arc and lengths of 182 arcs. Typically, the length 183 of the composite arc is longer than the length 83 of the composite arc. A composite arc with a length of 183 and / or a composite arc with a length of 83, in a preferred embodiment, can reach the lower elevation point, which is located on the section plane F-F of FIG. 1B.
Фактически с использованием способа построения, показанного схематично на фиг.16D, предпочтительный путь поддержания, по существу, постоянной скорости сужения склона 49 углубления в семействе радиальных уплотнений различного диаметра при одинаковой ширине 196 кривой заключается в том, чтобы поддерживать, по существу, постоянной длину 183 составной дуги для семейства уплотнений разного диаметра, поддерживая также постоянным отношение длины 182 дуги к длине 183 составной дуги. Если ширина 196 кривой изменяется от уплотнения к уплотнению, то для поддержания одинакового сужения для всех уплотнений необходимо соответствующим образом In fact, using the construction method shown schematically in FIG. 16D, the preferred way to maintain a substantially constant narrowing speed of the slope 49 of the recess in the family of radial seals of different diameters with the same curve width 196 is to maintain a substantially constant length 183 a compound arc for a family of seals of different diameters, while also maintaining a constant ratio of the length of the arc 182 to the length 183 of the composite arc. If the width of the curve 196 varies from seal to seal, then to maintain the same narrowing for all seals, you must accordingly
регулировать форму первичной кривой 152 склона.adjust the shape of the primary slope curve 152.
С упомянутыми выше ограничениями на ширину 194 дуги и длину 180 дуги (для достижения близких значений сужения для всех уплотнений семейства) узкое место, которое необходимо рассмотреть, состоит в том, что если первичная кривая 152 склона расположена так, что плавно сопряжена с теоретической дугой 92, то первичная кривая 152 склона имеет, в основном, выпуклую форму в уплотнениях большого диаметра (как показано на фиг.16D) и имеет, в основном, вогнутую форму в уплотнениях малого диаметра и, следовательно, поддерживается, по существу, одинаковая скорость сужения склона 49 углубления и вращающейся относительно него поверхности 5 для всего семейства радиальных уплотнений различного диаметра, независимо от длины подъема вдоль окружности. Следовательно, для заданной кривизны может существовать значение диаметра уплотнения, для которого первичная кривая 152 склона будет прямой линией (кривой с бесконечным радиусом), уплотнения с большим диаметром будут иметь, в целом, выпуклую первичную кривую 152 склона, а уплотнения с меньшим диаметром будут иметь, в целом, вогнутую первичную кривую 152 склона.With the aforementioned restrictions on the width of the arc 194 and the length of the arc 180 (to achieve close narrowing values for all seals of the family), the bottleneck that needs to be considered is that if the primary slope curve 152 is located so that it is smoothly connected with the theoretical arc 92 , the primary slope curve 152 has a substantially convex shape in large diameter seals (as shown in FIG. 16D) and has a substantially concave shape in small diameter seals and therefore, substantially the same speed is maintained narrowing slope recess 49 and rotating it relative to the surface 5 for the entire family of radial seals of different diameters regardless of the circumferential length of the lift. Therefore, for a given curvature, there may be a value for the diameter of the seal, for which the primary slope curve 152 will be a straight line (a curve with an infinite radius), seals with a larger diameter will have, in general, a convex primary slope curve 152, and seals with a smaller diameter will have generally a concave primary slope curve 152.
Не выходя за пределы объема полезной модели, первичная кривая 152 склона и вторичная кривая 154 склона могут принимать любую подходящую форму, такую как часть окружности, часть эллипса, часть синусоидальной кривой, часть параболической кривой, часть циклоиды, часть версперы/версиеры, комбинация кривых, комбинация кривых и прямых линий (то есть кривых бесконечного радиуса кривизны) и так далее. Например, форма вторичной кривой 154 склона может, по существу, совпадать с формой вторичной кривой 54, показанной на фиг.16В или 16С.Without going beyond the scope of the utility model, the primary slope curve 152 and the secondary slope curve 154 can take any suitable shape, such as part of a circle, part of an ellipse, part of a sinusoidal curve, part of a parabolic curve, part of a cycloid, part of a versper / versioner, a combination of curves, a combination of curves and straight lines (that is, curves of infinite radius of curvature) and so on. For example, the shape of the secondary slope curve 154 may substantially coincide with the shape of the secondary curve 54 shown in FIG. 16B or 16C.
Ширина поперечного сечения уплотнения является расстоянием между статичной уплотнительной поверхностью 20 и динамической поверхностью 51 уплотнения, которая обычно измеряется между динамической стопорной линией пересечения 19 и статичной стопорной линией пересечения 38 при несжатом уплотнении 2. Ранее было указано, что для одинаковых величин сжатия уплотнения, устанавливаемые с натягом, с меньшей шириной поперечного сечения имеют большее сжатие, выраженное в процентах (по сравнению с уплотнениями с большей шириной поперечного сечения), и, следовательно, характеризуются гораздо более высоким давлением в зоне контакта, что затрудняет смазывание уплотнений с малым поперечным сечением. Например, для уплотнения, ширина поперечного сечения которого составляет 0.212", а сжатие - 0.023", давление в зоне контакта примерно на 52% больше, чем для уплотнения, размер поперечного сечения которого составляет 0.335", а сжатие - 0.026". Ранее также было замечено, что гидродинамический входной участок, который поддерживает, в целом, одинаковую The cross-sectional width of the seal is the distance between the static sealing surface 20 and the dynamic sealing surface 51, which is usually measured between the dynamic stopping line of intersection 19 and the static stopping line of intersection 38 with an uncompressed seal 2. It was previously noted that for the same compression values, seals installed with interference fit, with a smaller cross-sectional width, have a greater compression, expressed as a percentage (compared with seals with a larger cross-sectional width), Therefore, a much higher pressure in the contact zone, which complicates lubrication seals with a small cross section. For example, for a seal with a cross-sectional width of 0.212 "and a compression of 0.023", the pressure in the contact zone is approximately 52% greater than for a seal with a cross-sectional size of 0.335 "and a compression of 0.026". It was also noted earlier that the hydrodynamic inlet section, which maintains, in general, the same
степень сужения для семейства уплотнений различного диаметра, является улучшением существующего уровня техники. Кроме того, существенным улучшением существующего уровня техники является уменьшение скорости сужения гидродинамического входного участка и вала (то есть сужение стало более плавным) для уплотнений малого поперечного сечения и обеспечение более сильного гидродинамического расклинивающего действия, призванного компенсировать увеличение давления в зоне контакта, которое имеет место для уплотнений малого поперечного сечения. Таким образом, для семейства уплотнений, содержащего уплотнения различной ширины поперечного сечения для различных внешних размеров оборудования, предпочтительно, чтобы степень сужения гидродинамического входного участка была более плавной для уплотнения малого поперечного сечения для компенсации увеличения давления в зоне контакта, вызванного меньшей шириной поперечного сечения для обеспечения одинакового уровня смазывания для семейства уплотнений различной ширины поперечного сечения.the degree of narrowing for a family of seals of various diameters is an improvement on the state of the art. In addition, a significant improvement in the existing level of technology is to reduce the rate of narrowing of the hydrodynamic inlet section and shaft (i.e., the narrowing has become smoother) for seals with a small cross section and to provide a stronger hydrodynamic proppant to compensate for the increase in pressure in the contact zone that occurs for small cross-sectional seals. Thus, for a family of seals containing seals of different cross-sectional widths for various external dimensions of the equipment, it is preferable that the degree of narrowing of the hydrodynamic inlet portion be smoother to seal a small cross-section to compensate for the increase in pressure in the contact zone caused by the smaller cross-sectional width to provide the same lubrication level for a family of seals with different cross-sectional widths.
С учетом вышеизложенного в настоящей полезной модели достигнуты все задачи, и она имеет все признаки, обозначенные выше, а также имеются другие полезные задачи и признаки, которые присущи описанному здесь устройству.Based on the foregoing, in this utility model, all tasks are achieved, and it has all the features indicated above, and there are other useful tasks and features that are inherent in the device described here.
Поскольку описаны некоторые конкретные гидродинамические уплотнения вращающихся соединений и формы уплотнительных элементов, однако возможно большое количество других вариантов геометрической формы, использующих основные идеи и принципы настоящей полезной модели.Since some specific hydrodynamic seals of rotating joints and the shapes of the sealing elements are described, however, a large number of other geometric shapes are possible, using the basic ideas and principles of this utility model.
Приведенное выше описание полезной модели иллюстрирует и объясняет настоящую полезную модель. Не отходя от сущности полезной модели, можно предложить различные изменения размеров, формы и материалов, а также деталей проиллюстрированной конструкции. Следовательно, настоящий вариант выполнения полезной модели надо рассматривать как иллюстрацию, а не ограничение, объем полезной модели ограничивается формулой полезной модели, а не приведенным описанием, все изменения, которые эквивалентны пунктам формулы полезной модели, охватываются формулой полезной модели.The above description of the utility model illustrates and explains the present utility model. Without departing from the essence of the utility model, one can propose various changes in sizes, shapes and materials, as well as details of the illustrated construction. Therefore, the present embodiment of the utility model should be considered as an illustration, and not a limitation, the scope of the utility model is limited by the utility model formula, and not the description given, all changes that are equivalent to the utility model formula clauses are covered by the utility model formula.
Claims (56)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006131138/22U RU65159U1 (en) | 2006-08-29 | 2006-08-29 | HYDRODYNAMIC SEAL OF ROTATING COMPOUNDS (OPTIONS) AND SYSTEM OF HYDRODYNAMIC SEALS OF ROTATING COMPOUNDS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006131138/22U RU65159U1 (en) | 2006-08-29 | 2006-08-29 | HYDRODYNAMIC SEAL OF ROTATING COMPOUNDS (OPTIONS) AND SYSTEM OF HYDRODYNAMIC SEALS OF ROTATING COMPOUNDS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU65159U1 true RU65159U1 (en) | 2007-07-27 |
Family
ID=38432631
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006131138/22U RU65159U1 (en) | 2006-08-29 | 2006-08-29 | HYDRODYNAMIC SEAL OF ROTATING COMPOUNDS (OPTIONS) AND SYSTEM OF HYDRODYNAMIC SEALS OF ROTATING COMPOUNDS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU65159U1 (en) |
-
2006
- 2006-08-29 RU RU2006131138/22U patent/RU65159U1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1861642B1 (en) | Low torque hydrodynamic lip geometry for bi-directional rotation seals | |
US9103445B2 (en) | Rotary seal with truncated wave form | |
CA2371498C (en) | Hydrodynamic seal with improved extrusion, abrasion and twist resistance | |
CA2443731C (en) | Hydrodynamic rotary seal with opposed tapering seal lips | |
US5873576A (en) | Skew and twist resistant hydrodynamic rotary shaft seal | |
US6561520B2 (en) | Hydrodynamic rotary coupling seal | |
US20020163138A1 (en) | Rotary seal with improved dynamic interface | |
US9109703B2 (en) | Hydrodynamic backup ring | |
KR20080097455A (en) | Bi-directional pattern for dynamic seals | |
CN101878388B (en) | Seal | |
WO1995003504A1 (en) | Hydrodynamically lubricated rotary shaft seal having twist resistant geometry | |
RU65159U1 (en) | HYDRODYNAMIC SEAL OF ROTATING COMPOUNDS (OPTIONS) AND SYSTEM OF HYDRODYNAMIC SEALS OF ROTATING COMPOUNDS | |
EP1634001B1 (en) | Pressure resistant static and dynamic expeller shaft sealing | |
CA2601282C (en) | Hydrodynamic rotary seal with opposed tapering seal lips | |
RU57407U1 (en) | ROTARY SEAL WITH IMPROVED LUBRICATION AND WASTE CONTAMINATION |