Гидродинамическое торцовое уплотнение

 

Изобретение относится к области техники, а именно к уплотнительным устройствам валов машин, конкретно к гидродинамическим торцовым уплотнениям. В торцовом уплотнении система каверн образована сквозными осевыми каналами произвольного профиля в кольцевом вкладыше. Вкладыш размещен с возможностью осевого перемещения в глухой кольцевой канавке, выполненной на смежном торце одного из колец. При этом вкладыш подпружинен относительно днища канавки посредством упругого элемента, например пружины сжатия, одной или нескольких. Изобретение позволяет повысить надежность и долговечность уплотнения путем устранения зависимости эффекта гидродинамического смазывания поверхностей трения от их износа в процессе эксплуатации. 4 ил.

Изобретение относится к области техники, а именно к уплотнительным устройствам валов машин, конкретно к гидродинамическим торцовым уплотнениям.

Известно, что система микроканалов, выполненная на поверхности трения, улучшает условия смазки контактирующих поверхностей (см. Снеговский Ф.П., Виниченко И. В. Проблемы трения и износа, Киев, 1980, N 18, с. 86-89) и, в частности, улучшает гидродинамический режим работы торцового уплотнения (см. Analysis of face seal with shreaded рockets. "Trans. ASME, J. Lubric. Technol.", 1982, v. 104, N 2, p. 262-270).

Известны гидродинамические торцовые уплотнения с выполненными на торце одного из колец пары трения канавками различной конфигураций и размеров, глубины впадин и пр. (см. Голубев Г.А., Кукин Г.М., Лазарев Г.Е.,Чичинадзе А. В. Контактные уплотнения вращающихся валов. М.: Машиностроение, 1976, с. 200, рис. 115, с. 201, рис. 116).

Недостатком указанных торцовых уплотнений является изменение эффекта гидродинамического смазывания зоны трения в процессе работы вследствие износа торцов колец и искажения геометрических характеристик канавок (вплоть до полного исчезновения канавок при значительном износе), что может наблюдаться при длительной работе, при переходных режимах работы машины, при наличии абразивной среды и т.д.

Известно торцовое уплотнение (см. авт. св. N 777300, кл. F 16 J 15/34, заявл. 19.01.76, з. N 2322561, опубл. 07.11.80), рассматриваемое в качестве прототипа, содержащее вращающееся и невращающееся кольца, установленные на валу и в корпусе, упругие элементы, обеспечивающие контактирование колец, и вторичные уплотнения, в котором на подвижном кольце выполнен замкнутый кольцевой микрорельеф в виде выемок.

Торцовое уплотнение имеет тот же недостаток: износ торцов приводит к изменению геометрии выемок, к снижению гидродинамического эффекта.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка гидродинамического торцового уплотнения, для которого эффект гидродинамического смазывания поверхностей трения не зависит от их износа в процессе эксплуатации, Технический результат от использования предлагаемого устройства заключается в повышении надежности и долговечности уплотнения.

Средство достижения указанного технического результата состоит в том, что в известном гидродинамическом торцовом уплотнении, включающем пару трения, образованную вращающимся и невращающимся кольцами, установленными соответственно на валу и в корпусе, упругий элемент, обеспечивающий контактирование колец смежными торцами, вторичные уплотнения, а также выполненную на торце одного из колец систему каверн, образующую кольцевой микрорельеф, система каверн образована сквозными осевыми каналами произвольного профиля в кольцевом вкладыше, размещенном с возможностью осевого перемещения в глухой кольцевой канавке, выполненной на торце одного из колец, при этом вкладыш подпружинен относительно днища канавки посредством упругого элемента, например пружины сжатия, одной или нескольких.

Существо конструкции поясняется фиг. 1 (продольный разрез) и фиг. 2, 3, 4 (сечение по А-А на фиг. 1).

Устройство состоит из корпуса 1 и вала 2. Торцовая пара трения образована невращающимся кольцом 3, зафиксированным от поворота штифтом 4 и герметизированное в корпусе 1 вторичным уплотнением 5, например резиновым кольцом, и вращающимся кольцом 6 на валу 2 с вторичным уплотнением 7, например прокладкой. Взаимное поджатие колец 5 и 6 обеспечивается пружиной 8 сжатия (одной или несколькими) с упором в корпус. В торце одного из колец, например вращающегося кольца 6, выполнена глухая кольцевая канавка 9, в которой установлен с возможностью осевого перемещения кольцевой вкладыш 10, в котором выполнены вдоль окружности сквозные осевые каналы 11. Вкладыш 10 подпружинен относительно днища 12 упругим элементом 13, например пружиной сжатия, одной или несколькими. На фиг. 2, 3, 4 показаны варианты исполнения осевых каналов 11 во вкладыше 10. Каналы 11 могут иметь произвольную форму. На фиг. 2 вкладыш 10 изображен в виде гофрированного тонкостенного кольца, на фиг. 3 каналы 11 образованы выемками между радиальными выступами 14 на наружной поверхности вкладыша 10, на фиг. 4 каналы 11 образованы сквозными отверстиями во вкладыше 10. Каналы 11 образуют кольцевую систему каверн во вкладыше 10, каналы 11 могут быть выполнены с наклоном в направлении вращения вала 2 или в обратном направлении.

Устройство работает следующим образом.

Вкладыш 10 с расположенными вдоль окружности сквозными каналами 11, образующими систему каверн, размещенный в канавке 9 относительно кольца 6 и подпружиненный упругим элементом 13 относительно днища 12 канавки 9, контактирует с кольцом 3 и обеспечивает при вращении возникновение гидродинамического эффекта. Появляющаяся в зоне трения колец 3 и 6 пленка рабочей жидкости снижает трение, повышает работоспособность уплотнения. При наличии износа колец 3 и 6 под действием упругого элемента 13 вкладыш 10 выдвигается из канавки 9 и при любом износе колец 3 и 6 продолжает контактировать с кольцом 3 с сохранением (воспроизведением) профиля поперечного сечения вкладыша 10, так как профиль каналов 11 одинаков вдоль оси вкладыша.

Таким образом предлагаемое устройство обеспечивает повышение надежности и долговечности уплотнения при наличии износа колец 3 и 6 в процессе эксплуатации.

В качестве примера возможного применения предлагаемого устройства можно указать использование его в агрегатах, работающих при переменных режимах вращения, высоких оборотах вала (20000... 30000 об/мин), при среднем контактном давлении более 0,2 мПа и др.

Устройство не представляет технических и технологических трудностей для изготовления известными приемами металлообработки.

Формула изобретения

Гидродинамическое торцовое уплотнение, включающее пару трения, образованную вращающимся и невращающимся кольцами, установленными соответственно на валу и в корпусе, упругий элемент, обеспечивающий контактирование колец смежными торцами, вторичные уплотнения, а также выполненную на торце одного из колец систему каверн, образующую кольцевой микрорельеф, отличающееся тем, что система каверн образована сквозными осевыми каналами произвольного профиля в кольцевом вкладыше, размещенном с возможностью осевого перемещения в глухой кольцевой канавке, выполненной на торце одного из колец, при этом вкладыш подпружинен относительно днища канавки посредством упругого элемента, например пружины сжатия, одной или нескольких.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4