Торцовое уплотнение

 

Торцовое уплотнение позволяет повысить эксплуатационную надежность и ресурс устройства за счет повышения скорости циркуляции охлаждающей жидкости и в силу этого эффективного охлаждения трущихся поверхностей. Торцовое уплотнение содержит невращающееся уплотнительное кольцо, подпружиненное к вращающемуся уплотнительному кольцу, в котором выполнен нагнетательный элемент, образованный чередующимися между собой по окружности тангенциальными каналами и лысками. Вход каждого тангенциального канала выполнен в виде конфузора и расположен на конце соответствующей лыски относительно направления вращения кольца, а выход - на цилиндрической поверхности. При вращении уплотнительного кольца у конца лысок относительно направления вращения создается повышенное давление. Конфузор, захватывая жидкость, преобразует энергию давления в энергию движения жидкости, обеспечивая тем самым ей ускорение. Далее жидкость в тангенциальных каналах за счет центробежных сил дополнительно ускоряется, обеспечивая высокую скорость циркуляции жидкости. Наличие лысок улучшает условия для создания эффективного теплоотвода, смазки трущихся поверхностей и жидкостного клина и обеспечивает удаление продуктов износа из зоны трущихся поверхностей. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к уплотнениям вращающихся валов, в частности, к торцовым уплотнениям, и может быть использовано в насосах, компрессорах, турбинах и т.п. устройствах.

Известно торцовое уплотнение, содержащее неподвижное уплотнительное кольцо и контактирующее с ним вращающееся уплотнительное кольцо, в котором для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости предусмотрен нагревательный элемент, включающий в себя систему радиальных и аксиальных каналов (см. Справочник "Уплотнения и уплотнительная техника"/ Л.А.Кондаков и др.-М.: Машиностроение, 1986.-стр. 442, рис. 13.13; в).

Недостатком известной конструкции торцового уплотнения является то, что скорость циркуляции охлаждающей жидкости, создаваемая за счет центробежных сил нагнетательным элементом, организованным системой радиальных и аксиальных каналов во вращающемся кольце, недостаточна для обеспечения эффективного охлаждения поверхностей трения, особенно в условиях работы уплотнений с повышенными нагрузками на высоких скоростях вращения, что может вызвать коробление уплотнительных колец и, как следствие, привести к потере герметичности и снижению эксплуатационной надежности уплотнения. Другой фактор, обуславливающий снижение надежности и ресурса известного уплотнения - это отсутствие в нем средства, позволяющего выводить продукты износа, образующиеся в зоне контакта уплотнительных колец.

Кроме того, известная схема организации нагнетательного элемента для обеспечения эффективной циркуляции охлаждающей жидкости требует большого числа радиальных и аксиальных каналов, что приводит к снижению прочности характеристик вращающегося кольца, и в конечном итоге - к снижению эксплуатационной надежности уплотнения в целом.

Положительный результат от использования предложенного технического решения выражается в повышении эксплуатационной надежности и ресурса торцового уплотнения за счет повышения скорости циркуляции охлаждающей жидкости и обеспечения в силу этого эффективного охлаждения трущихся поверхностей уплотнения.

Указанный результат достигается тем, что в торцовом уплотнении, содержащем неподвижное уплотнительное кольцо и контактирующее с ним вращающееся уплотнительное кольцо, в котором предусмотрен нагнетательный элемент, последний выполнен в виде равномерно чередующихся между собой по окружности тангенциальных каналов и лысок.

Кроме того, для достижения указанного результата вход каждого тангенциального канала организован непосредственно на конце соответствующей лыски относительно направления вращения кольца, а выход - на участке цилиндрической поверхности, расположенной между лысками. При этом вход каждого тангенциального канала выполнен в виде конфузора.

На фиг. 1 показано торцовое уплотнение в сечении; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1.

Торцовое уплотнение содержит невращающееся уплотнительное кольцо 1, поджатое пружиной 2 к вращающемуся уплотнительному кольцу 3, установленному через вторичное уплотнение 4 на валу 5. Во вращающемся уплотнительном кольце 3 выполнен нагнетательный элемент, образованный равномерно чередующимися между собой по окружности тангенциальными каналами 6 и лысками 7. Вход каждого тангенциального канала 6 выполнен в виде конфузора 8 и расположен на конце соответствующей лыски 7 относительно направления вращения уплотнительного кольца 3, а выход 9 - цилиндрической поверхности 10.

Тангенциальные каналы 6 выполнены параллельно поверхности трения и образуют с соответствующей лыской 7 угол α. Количество тангенциальных каналов 6, лысок 7 и величину угла α устанавливают в зависимости от условий эксплуатации и результатов обкатки уплотнения.

Торцовое уплотнение работает следующим образом: При вращающемся вале 5 герметичность уплотнения обеспечивается усилием пружины 2 и давлением жидкости. При вращении вала 5 у концов лысок 7 уплотнительного кольца 3 относительно направления вращения за счет сил инерции и вязкости жидкости создается повышенное давление. Конфузор 8, захватывая жидкость, преобразует энергию давления в энергию движения жидкости, обеспечивая тем самым ей ускорение. В наклонных относительно лысок 7 тангенциальных каналах 6 жидкость за счет центробежных сил дополнительно ускоряется, обеспечивая скорость циркуляции жидкости и тем самым повышая эффективность охлаждения трудящихся поверхностей уплотнительных колец 1 и 3. Одновременно, благодаря наличию лысок 7 на уплотнительном кольце 3, обеспечивается попеременное омывание жидкостью опорной поверхности неподвижного кольца 1, в результате чего улучшается условия для создания эффективного теплоотвода, смазки трущихся поверхностей и жидкостного клина, предохраняющего поверхности трения от износа. Кроме того, кромки лысок 7, скользя при вращении уплотнительного кольца 3 по неподвижному уплотнительному кольцу 1, счищают частицы, образованные от износа колец 1 и 3 и износа разложившейся жидкости, и отбрасывают их в периферийную полость, что также существенно улучшает условия работы торцового уплотнения.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет существенно повысить эффективность охлаждения и улучшить условия работы уплотнения, и тем самым повысить его эксплуатационную надежность и ресурс.

Формула изобретения

1. Торцовое уплотнение, содержащее неподвижное уплотнительное кольцо и контактирующее с ним вращающееся уплотнительное кольцо, в котором предусмотрен нагнетательный элемент, отличающееся тем, что нагнетательный элемент выполнен в виде равномерно чередующихся между собой по окружности тангенциальных каналов и лысок, при этом вход каждого тангенциального канала организован непосредственно на конце соответствующей лыски относительно направления вращения кольца, а выход - на участке цилиндрической поверхности, расположенной между лысками.

2. Торцовое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что вход каждого тангенциального канала выполнен в виде конфузора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2