уплотнение шестеренного насоса

Формула изобретения

1. УПЛОТНЕНИЕ ШЕСТЕРЕННОГО НАСОСА, содержащее эластомерную манжету фигурной формы, установленную в посадочной канавке компенсатора и контактирующую с торцами подшипников ведущей и ведомой шестерен, установленных в корпусе, и местом их стыка, отличающееся тем, что между торцами подшипников ведомой и ведущей шестерен и торцевой поверхностью манжеты установлен защитный элемент, выполненный из упругожесткого материала с осевым отверстиями, а на торцевой поверхности манжеты выполнены выступы, входящие в упомянутые отверстия, при этом расстояние между отверстиями по периметру защитного элемента выполнено увеличивающимся к месту стыка подшипников ведомой и ведущей шестерен.

2. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что размер отверстий и соответствующих выступов защитного элемента и манжеты по периметру уменьшается к месту стыка.

3. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что осевое сечение отоверстий и входящих в них выступов в форме усеченного конуса, расширяющегося к торцам подшипников ведомой и ведущей шестерен.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к уплотнительной технике и предназначено для герметизации подвижных и неподвижных соединений.

Известны уплотнительные устройства шестеренных насосов, содержащие уплотнительное эластомерное кольцо, установленное в посадочной канавке обоймы ведомой шестерни и контактирующее с внутренней поверхностью корпуса насоса и эластомерным кольцом, установленным в посадочной канавке обоймы ведущей шестерни [1]

Положительными свойствами данной конструкции являются:

реверсивность конструкции, обеспечивающей герметичность при смене направления вращения шестерен насоса;

наличие только одного уплотняемого радиального стыка.

Однако этому уплотнению присущи существенные недостатки.

Низкие герметичность и ресурс, обусловленные особенностью распределения контактного давления по периметру уплотнительного кольца. Максимальное контактное давление от действия уплотняемой жидкости в полости нагнетания приходится на стык, образованный обоймой ведомой и ведущей шестерен, т.е. на зону контакта эластомерного кольца обоймы одной шестерни с эластомерным кольцом обоймы другой шестерни. Отсюда сравнительно быстрое разрушение этой зоны контакта.

Трудность в создании оптимального предварительного натяга по корпусу насоса с целью обеспечения с одной стороны компенсации торцевых зазоров и необходимой герметичности в зоне разделения полостей нагнетания и всасывания с другой.

Известны уплотнения шестеренного насоса, частично устраняющие недостатки данной конструкции и содержащие эластомерную манжету фигурной формы, установленную в посадочной канавке компенсатора и контактирующую наружной поверхностью с корпусом насоса, а торцевой поверхностью с торцами подшипников ведомой и ведущей шестерен и стыком, образованным подшипниками ведомой и ведущей шестерен [2]

Недостатками данной конструкции являются

низкие надежность и ресурс, вызванные затеканием материала уплотнения под действием давления уплотняемой жидкости в зазоры, образованные корпусом насоса и наружной поверхностью подшипников ведущей и ведомой шестерен, торцевой поверхностью компенсатора и торцами подшипников, а также в стык, образованный подшипниками. Причем зона, контактирующая со стыком, является наиболее нагруженным участком поверхности уплотнения вследствие неравномерности распределения контактного давления по периметру манжеты, что обусловлено особенностью эпюры распределения контактного давления в зоне, разделяющей полости нагнетания и всасывания шестеренного насоса.

При этом с увеличением рабочего давления уплотняемые зазоры и стык по мере износа шеек шестерен, а также вследствие наличия технологических допусков увеличиваются в период нагнетания и уменьшаются при всасывании, т.е. происходят цикличное закусывание материала манжеты и ее последующее разрушение.

Изобретение направлено на повышение надежности и ресурса насоса за счет применения защитного элемента и повышение эффективности манжеты.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в уплотнении шестеренного насоса, содержащего эластомерную манжету фигурной формы, установленную в посадочной канавке компенсатора и контактирующую с торцами подшипников ведомой и ведущей шестерен, установленных в корпусе, и местом их стыка, между торцами подшипников ведомой и ведущей шестерен и торцевой поверхностью манжеты установлен защитный элемент, изготовленный из упруго-жесткого материала с осевыми отверстиями, а на торцевой поверхности манжеты выполнены выступы, входящие в отверстия, при этом расстояние между отверстиями по периметру защитного элемента выполнено увеличивающимся к месту стыка подшипников ведомой и ведущей шестерен, размер отверстий и соответствующих выступов защитного элемента и манжеты по периметру уменьшается к месту упомянутого стыка, осевое сечение отверстий и входящих в них выступов выполнено в форме усеченного конуса, расширяющегося к торцам подшипников ведомой и ведущей шестерен.

Защитный элемент с осевыми отверстиями, выполненный из упруго-жесткого материала, установленный между торцами подшипников ведомой и ведущей шестерен и торцевой поверхностью манжеты, на которой выполнены выступы, входящие в упомянутые отверстия, расстояние между которыми увеличивается по периметру от периферии к центру, надежно защищает материал эластомерной манжеты от контакта с уплотняемыми радиальными зазорами и стыком, образованным подшипниками ведомой и ведущей шестерен, и тем самым значительно повышает надежность уплотнения за счет того, что соединения, образованные отверстиями на поверхности защитного элемента и ответными выступами на поверхности манжеты, передают радиальную составляющую воздействующего на уплотнение давления жидкости на защитный элемент, заставляя его смещаться или деформироваться в зависимости от жесткости материала в радиальном направлении и тем самым перекрывать радиальные зазоры по корпусу и компенсатору. При этом отверстия, выполненные на поверхности элемента, расстояние между которыми имеет переменную величину, обеспечивают защитному элементу переменную жесткость, увеличивающуюся от периферии к центру, где перепад давлений, воздействующий на уплотнительную кромку манжеты, разделяющей полости нагнетания и всасывания насоса, максимальный т.е. обеспечивается более плавная эпюра контактного давления по уплотняемой кромке уплотнения, по его периметру и, следовательно, обеспечивается разгрузка уплотнения в целом, что дополнительно повышает ресурс и надежность конструкции.

Этот же эффект может быть достигнут уменьшением размера отверстий и соответствующих выступов защитного элемента и манжеты по периметру уплотнения к стыку подшипников ведомой и ведущей шестерен.

Для удобстве монтажа, а также для хранения, транспортировки и т.д. а также для упрощения технологии изготовления соединение, образованное отверстиями на поверхности защитного элемента и ответными выступами на поверхности манжеты, может быть выполнено неразъемным путем одновременного прессования в пресс-форме. Для этого отверстия на поверхности защитного элемента и ответные выступы на поверхности манжеты в осевом сечении выполнены в форме усеченного конуса, расширяющегося к торцам подшипников шестерен.

Таким образом данное конструктивное решение обеспечивает надежную защиту эластомерной манжеты от выдавливания в уплотняемые радиальные зазоры и торцевой стык, образованный подшипниками ведомой и ведущей шестерен под действием давления уплотняемой жидкости на протяжении всего ресурса, так как защитный элемент активно реагирует на возрастающее в полости нагнетания насоса давление жидкости и увеличение уплотняемых зазоров по мере износа шеек шестерен посредством соединений, образованных отверстиями на поверхности защитного элемента и ответных выступов на поверхности манжеты и передающих на защитный элемент радиальную составляющую воздействующего на уплотнение давления и перекрывающих радиальные зазоры по корпусу насоса и компенсатора. При этом созданная за счет отверстий в защитном элементе переменная жесткость обеспечивает уплотнению более плавную эпюру контактного давления по его периметру и тем самым обеспечивает разгрузку уплотнения в целом и, следовательно, гарантирует еще больший ресурс.

Таким образом комбинация эластомерной манжеты и защитного элемента, выполняемого из упруго-жесткого материала и имеющего переменную жесткость, в совокупности с соединениями, передающими радиальную составляющую давления уплотняемой жидкости на защитный элемент, повышает надежность и ресурс уплотнения и, следовательно, насоса в целом в сравнении с традиционными уплотнениями в несколько раз.

На фиг. 1 и 2 представлено уплотнение шестеренного насоса, разрез; на фиг. 3 и 4 то же, в сборе с насосом; на фиг.5 и 6 то же, с неразъемными соединениями.

Уплотнение шестеренного насоса состоит из эластомерной манжеты фигурной формы 1, установленной в посадочной канавке 2 компенсатора 3, контактирующей наружной поверхностью 4 с корпусом насоса 5, а торцевой поверхностью 6, на которой выполнены выступы 7, с защитным элементом 8, на торцевой поверхности 9 которого выполнены отверстия 10, которые могут иметь вместе с ответными выступами 7 форму усеченного конуса 11, расширяющегося к торцам подшипников 12 и 13 ведомой 14 и ведущей 15 шестерен. При этом расстояние Н между отверстиями 10 и соответственно ответными выступами 7 увеличивается по периметру защитного элемента 8 и манжеты 1 к месту стыка 16 подшипников ведомой 14 и ведущей 15 шестерен, причем величина диаметра отверстий 10 и выступов 7 может уменьшаться по периметру защитного элемента и манжеты 1 к стыку 16. Манжета 1 создает герметичные стыки 17 и 18 в полости нагнетания 19 насоса 5, перекрывающие уплотняемые зазоры 20 и 21.

Уплотнение шестеренного насоса работает следующим образом.

В посадочную канавку 2 компенсатора 3 шестеренного насоса 5 установлена эластомерная манжета 1 с защитным элементом 8, на торцевой поверхности 9 которого выполнены отверстия 10, образующие вместе с ответными выступами 7 на поверхности 6 манжеты 1 соединения. Эластомерная манжета 1 создает с корпусом насоса 5 и компенсатором 3 герметичные стыки 17 и 18. При работе насоса 5 в полости нагнетания 19 создается давление жидкости, воздействующее на манжету 1, стремящееся выдавить ее в уплотняемые зазоры 20 и 21 и стык, а также воздействующее на защитный элемент 8 через выступы 7 на поверхности 6 манжеты 1, тем самым перекрывая уплотняемые зазоры 20, 21 и стык 16 за счет осевого и радиального смещения защитного элемента 8 или деформации материала защитного элемента 8 на величину зазоров, препятствуя выдавливанию или закусыванию материала манжеты в период нагнетания. Причем расстояние между отверстиями 10 и ответными выступами 7, увеличивающееся к стыку 16, создает более плавную эпюру контактного давления и тем самым обеспечивает разгрузку уплотнения за счет переменной жесткости защитного элемента 8. Величина отверстий 10 на поверхности 9 защитного элемента 8 может быть уменьшена по периметру защитного элемента 8 и создавать тем самым тот же эффект. По мере износа шеек шестерен насоса уплотняемые зазоры увеличиваются, однако радиальная составляющая воздействующего на защитный элемент давления уплотняемой жидкости будет перемещать или деформировать в зависимости от модуля упругости материала защитный элемент на величину износа и разрушения эластомерной манжеты, а следовательно, нарушения герметичности происходить не будет.

Таким образом, изобретение обеспечивает применение уплотнения в широком диапазоне рабочих давлений без опасности разрушения материала эластомерной манжеты за счет комбинации эластомерной манжеты и упруго-жесткого защитного элемента переменной жесткости в совокупности с соединениями, образованными отверстиями, выполненными на поверхности защитного элемента, и ответными выступами на поверхности манжеты и передающими на защитный элемент давление жидкости, препятствующее выдавливанию в уплотняемые зазоры и повышающее тем самым ресурс и надежность уплотнения в сравнении с традиционными уплотнениями в несколько раз.