торцовое уплотнение вращающегося вала

Формула изобретения

Торцовое уплотнение вращающегося вала, уплотняющий подвижный контакт которого образован взаимодействующими по уплотнительному пояску элементами вращающегося и неподвижного узлов, по меньшей мере, один из которых состоит из опорного кольца, взаимодействующего в радиальном направлении через вторичное уплотнение с корпусом, и антифрикционного кольца, взаимодействующего с опорным кольцом в осевом направлении по кольцевому пояску, передняя кромка которого образована диаметральной стороной кольцевой канавки, в которой расположено уплотнительное кольцо, а между торцовыми поверхностями антифрикционного кольца и опорного кольца, диаметральной поверхностью опорного кольца и уплотнительным кольцом образовано пространство, отличающееся тем, что расстояние между торцовыми поверхностями антифрикционного кольца и опорного кольца выполнено в пределах 0,2 - 0,8 мм, а указанное выше пространство соединено с внутренней полостью корпуса, заполненной затворной жидкостью, через выполненные в опорном кольце, по меньшей мере, два отверстия, при этом глубина кольцевой канавки Н у передней кромки кольцевого пояска связана зависимостью

0,82DН0,87D,

где D - диаметр сечения уплотнительного кольца.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к уплотнительной технике, а именно к торцовым уплотнениям, и может быть использовано для герметизации вращающихся валов и механизмов.

Известны уплотнения вращающихся валов, в которых уплотняющий подвижный контакт образован взаимодействующими по уплотнительному пояску вращающимся и неподвижным элементами, по меньшей мере, один из которых состоит из опорного кольца, взаимодействующего в радиальном направлении через вторичное уплотнение с корпусом, и антифрикционного кольца, контактирующего с опорным кольцом в осевом направлении (SU, авторское свидетельство, 176471, F 16 J 15/34, 1964).

Наиболее близким техническим решением является конструкция уплотнения, у которого контакт антифрикционного кольца в осевом направлении с опорным кольцом осуществляется по кольцевому пояску, передняя кромка которого образована диаметральной стороной кольцевой канавки, в которой расположено резиновое уплотнительное кольцо (SU, авторское свидетельство, 542869, F 16 J 15/34, 1974). Такая конструкция уплотнения вращающегося вала в значительной степени повышает надежность его работы в условиях высокого и переменного давления и больших колебаниях температуры уплотняемой жидкости. Благодаря контакту между антифрикционным кольцом и опорным кольцом по кольцевому пояску окружающие условия (давление и температура уплотняемой среды) существенно не влияют на искажение формы уплотняющего контакта, т. к. уравновешиваются крутящие моменты поперечного сечения колец в деталях уплотнения, возникающие от воздействия переменного давления на их поверхности.

Однако при выполнении канавки под резиновое кольцо по ГОСТ 9833-73 в опорном кольце в большинстве случаев происходит контакт антифрикционного кольца не по кольцевому пояску, а по выступающему резиновому кольцу. В этом случае антифрикционное кольцо своей притертой поверхностью опирается на неопределенную по плоскостности опору - резиновое кольцо в отличие от кольцевого пояска, притертого до уровня плоскостности притира. Антифрикционное кольцо диаметрально центрируется в опорном кольце с минимальным зазором, например, по посадке H7/f7, что затрудняет проход затворной жидкости в зону между торцовой поверхностью антифрикционного кольца и торцовой поверхностью опорного кольца до резинового кольца. В данном случае нарушается уравновешивание обусловленных давлением затворной жидкости гидростатических сил, действующих на антифрикционное кольцо и вызывающих его деформацию и соответственно потерю плоскостности. Многочисленные эксперименты показали, что это приводит к нестабильному уровню протечек при колебаниях температуры и давления, незначительному сроку службы уплотнения.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - повышение надежности работы уплотнения и увеличение его срока службы.

Технический результат от использования изобретения заключается в осуществлении надежной герметизации контакта между антифрикционным кольцом и кольцевым пояском опорного кольца.

Указанный технический результат достигается тем, что пространство между торцовыми поверхностями антифрикционного кольца и опорного кольца, диаметральной поверхностью опорного кольца и уплотнительным кольцом соединено с внутренней полостью корпуса, заполненной затворной жидкостью, через выполненные в опорном кольце, по меньшей мере, два отверстия, а расстояние между торцовыми поверхностями антифрикционного кольца и опорного кольца h выполнено в пределах 0,2 - 0,8 мм, причем уплотнительное кольцо устанавливается в кольцевую канавку опорного кольца, глубина H которой у передней кромки кольцевого пояска связана зависимостью

0,82 D H 0,87 D,

где D - диаметр сечения уплотнительного кольца.

На фиг. 1 показан продольный разрез, в котором уплотнительный узел, содержащий антифрикционное кольцо, выполнен невращающимся; на фиг. 2 - то же, вращающимся; на фиг. 3 - выносной элемент A фиг. 1.

Через корпус 1 проходит вал 2. Уплотнительный узел включает в себя антифрикционное кольцо 3 и примыкающее к нему опорное кольцо 4, которые контактируют между собой через кольцеобразный поясок 5. Передняя кромка 6 данного пояска образована стороной кольцевой канавки 7, в которой расположено уплотнительное резиновое кольцо 8. Протечки между опорным кольцом 4 и корпусом 1 предотвращаются эластичным кольцом 9. На фиг. 2 эластичное кольцо 9 предотвращает протечки между корпусом 1 и элементом 10. Антифрикционное кольцо 3 контактирует с элементом 10 через кольцеобразный поясок 5, имеющий входную кромку 11 и выходную кромку 12. На фиг. 1 элемент 10 уплотняется по валу кольцом 13. Для обеспечения первоначального прижатия подвижное в осевом направлении опорное кольцо 4 прижимается пружинами 14. Резиновое кольцо 8 размещено в кольцевой канавке 7, ширина которой выбирается в зависимости от диаметра сечения резинового кольца 8 по ГОСТ 9833-73. Глубина H канавки 7 у передней кромки кольцевого пояска 11 связана зависимостью

0,82 D H 0,87 D,

где D - диаметр сечения уплотнительного кольца 8, причем расстояние h между торцовой поверхностью 15 антифрикционного кольца 3 и торцовой поверхностью 16 опорного кольца 4 выполнено в пределах 0,2-0,8 мм.

Антифрикционное кольцо 3 диаметрально центрируется в опорном кольце 4 с минимальным зазором, например, по посадке H7/f7, что затрудняет проход затворной жидкости в пространство между торцовой поверхностью 15 антифрикционного кольца 3 и торцовой поверхностью 16 опорного кольца 4 до резинового кольца 8. В данном случае нарушается уравновешивание обусловленных давлением затворной жидкости гидростатических сил, действующих на антифрикционное кольцо и вызывающих его деформацию и соответственно потерю плоскостности. С этой целью пространство между торцовой поверхностью 15 антифрикционного кольца 3 и торцовой поверхностью 16 опорного кольца 4 до резинового кольца 8 сообщено с полостью затворной жидкости 18 через выполненные в опорном кольце, по меньшей мере, два отверстия 19.

Например, по ГОСТ 9833-73 стр. 47 для резинового кольца диаметром сечения D, равным 3,0 мм, рекомендуемая глубина канавки H установлена 2,2 мм + 0,1 мм, следовательно, величина обжатия кольца составляет 26,6%. H = 0,734 D.

Для резинового кольца диаметром сечения D, равным 5,8 мм, рекомендуемая глубина канавки H установлена 4,2 мм + 0,1 мм, следовательно, величина обжатия кольца составляет 27,58%. H= 0,7242 D.

Предлагаемое техническое решение, при котором пространство, которое образовано торцовыми поверхностями антифрикционного кольца и опорного кольца, соединено с полостью запирающей жидкости через выполненные в опорном кольце, по меньшей мере, два отверстия, а также выполненное расстояние между торцовой поверхностью антифрикционного кольца и торцовой поверхностью опорного кольца выполнено в пределах 0,2 - 0,8 мм, а глубина канавки у передней кромки кольцевого пояска связана зависимостью

0,82 D H 0,87 D,

где D - диаметр сечения уплотнительного кольца, что соответствует величине обжатия кольца от 18% до 13%, позволяет надежно устранить ранее существующую причину нестабильного уровня протечек при колебаниях температуры и давления, значительно повысить срок службы уплотнения.

Торцовое уплотнение вращающегося вала работает следующим образом.

При вращении вала между антифрикционным кольцом 3 и элементом 10 образуется контакт. Благодаря контакту между антифрикционным кольцом 3 и опорным кольцом 4 по кольцевому пояску 5 окружающие условия существенно не влияют на форму подвижного уплотняющего контакта. Сообщение пространства, образованного торцовой поверхностью опорного кольца и торцовой поверхностью антифрикционного кольца, с внутренней полостью корпуса, в которой находится затворная жидкость, и выполнение кольцевой канавки под уплотнительное кольцо определенной глубины позволяют антифрикционному кольцу своей притертой поверхностью опираться на определенную опору - кольцевой поясок, притертый до уровня плоскостности притира.

Промышленная применимость предлагаемого решения очевидна. Конструкция по предлагаемому техническому решению прошла испытания в научно-производственном центре "Анод" города Нижнего Новгорода и подтверждена ее эффективность. Данное решение можно применять не только при изготовлении новых торцовых уплотнений, но также при восстановлении уже действующих.

Перечисленные признаки отличают предлагаемое техническое решение от прототипа и обуславливают соответствие этого решения требованиям изобретения.