Стояночное уплотнение вала

 

Изобретение относится к области техники, а именно к стояночным уплотнениям гидромашин. Стояночное уплотнение вала включает контактную уплотняющую пару, механизм размыкания контактной уплотняющей пары, образованный двумя фланцами. Один из фланцев неподвижен относительно вала, а другой установлен с возможностью осевого смещения под действием грузов, размещенных между внутренними коническими поверхностями фланцев. Механизм стыковки элементов пары выполнен в виде пружин сжатия, воздействующих на подвижный фланец. Вал неподвижно установлен вдоль оси машины. Устройство дополнительно снабжено промежуточным корпусом, установленным на валу и выполненным в виде двух концентричных соосных втулок, внутренней и внешней, соединенных днищем. Механизм размыкания и стыковки заключен в промежуточный корпус. Подпружиненный подвижный фланец герметично установлен на внутренней втулке. Неподвижный фланец герметичен относительно внешней втулки. Неподвижный элемент уплотняющей пары выполнен в виде эластичного уплотнения радиального действия, например манжеты. Подвижный элемент выполнен в виде соосной втулки, разгруженной от воздействия давления рабочей среды и скрепленной с подвижным в осевом направлении фланцем. Между фланцами механизма размыкания контактной уплотняющей пары размещена кольцевая сепарирующая втулка с радиальными ребрами, между которыми расположены грузы. Изобретение повышает надежность уплотнения. 1 ил.

Изобретение относится к области техники, а именно к стояночным уплотнениям гидромашин.

Известно стояночное уплотнение манжетного типа (например, а.с. СССР № 1393970, кл. F 16 J 15/32, опубл. 08.01.1988), содержащее манжету S-образной формы с пружиной, размещённой на губке манжеты со стороны дренажной полости, средства для поджатия губки к неподвижному кольцевому выступу корпуса машины в статике и отключения ее при вращении машины, установленной во вращающейся совместно с валом втулке, а также ограничитель радиальной деформации губки и опорное кольцо.

Недостатком конструкции является необходимость создания сложной пресс-формы для изготовления манжеты, а также проведения экспериментальных работ для оптимизации размеров губки и других элементов манжеты в зависимости от оборотов вала и давления среды в рабочей полости машины.

Известно стояночное уплотнение торцового типа (см. а.с. СССР № 514977, кл. F 16 J 15/32, опубл. 16.09.1976) с центробежным размыкающим устройством, которое выполнено в виде герметично закреплённого на валу упругого и эластичного сильфонообразного гофра, внутри которого расположено разрезное пружинное массивное кольцо. Неподвижный элемент торцового уплотнения закреплен на корпусе машины, а подвижный на свободном торце гофра.

Наличие эластичного гофра ограничивает возможности использования уплотнения для герметизации агрессивных жидкостей, сужает диапазон допустимых значений температуры и давления узла.

Наиболее близким к заявляемому является стояночное уплотнительное устройство торцового типа (см. кн.: Уплотнения и уплотнительная техника. - М.: Машиностроение, 1986, с.432, рис. 12, 76), в котором одно кольцо торцовой пары неподвижно установлено в корпусе машины, а второе кольцо закреплено на валу. Особенностью конструкции является наличие подвижного в осевом направлении вала. Перемещение вала обеспечивается центробежным устройством и приводит к размыканию колец торцового уплотнения. Устройство выполнено в виде четырёх грузов, взаимодействующих при вращении вала с двумя фланцами, обращёнными в сторону грузов внутренними коническими поверхностями. Один фланец закреплён в корпусе машины, а другой на подвижном валу, диски подпружинены один к другому.

Устройство имеет существенный недостаток, заключающийся в наличии подвижного вала, что вызвано только необходимостью отключения торцового уплотнения. Такая конструкция может найти лишь ограниченное применение, так как перемещение вала приводит к нежелательному изменению осевых зазоров между вращающимися элементами машины.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое устройство, является разработка конструкции, позволяющей устранить недостатки указанных стояночных уплотнений манжетного и торцового типов.

Технический результат, который может быть получен при использовании данной конструкции состоит в возможности применения стандартной эластичной манжеты с пружиной на губке, центробежного механизма отключения уплотнения, характерного для стояночного уплотнения торцового типа.

Изобретение объединяет некоторые признаки стояночного уплотнения манжетного и торцового типа.

Сущность изобретения состоит в том, что в известном уплотнении, включающем контактную уплотняющую пару, один элемент которой, являющийся неподвижным, закреплён в корпусе машины, а второй, подвижный, установлен с возможностью размыкания пары при вращении вала, механизм размыкания контактной уплотняющей пары, образованный двумя фланцами, один из которых неподвижен относительно вала, а другой установлен с возможностью осевого смещения под действием грузов, размещённых между внутренними коническими поверхностями фланцев, а также механизм стыковки элементов пары в виде пружин сжатия, воздействующих на подвижный фланец, вал неподвижно установлен вдоль оси машины, устройство дополнительно снабжено промежуточным корпусом, установленным на валу и выполненным в виде двух концентричных соосных втулок, внутренней и внешней, соединенных днищем, механизм размыкания и стыковки заключён в промежуточный корпус, при этом подпружиненный подвижный фланец герметично установлен на внутренней втулке, а неподвижный герметичен относительно внешней втулки, неподвижный элемент уплотняющей пары выполнен в виде эластичного уплотнения радиального действия, например манжеты, а подвижный - в виде соосной втулки, разгруженной от воздействия давления рабочей среды и скрепленной с подвижным в осевом направлении фланцем, а между фланцами механизма размыкания контактной уплотняющей пары размещена кольцевая сепарирующая втулка с радиальными ребрами, между которыми расположены грузы.

Уплотнение изображено на чертеже (продольный разрез).

Вал 1 закреплён в корпусе 2 машины и не имеет свободы осевого перемещения.

На валу 1 (или в закрепленной на нём кольцевой втулке 3) установлен, например запрессован, промежуточный корпус 4, вращающийся совместно с валом 1 и втулкой 3. Корпус 4 образован двумя концентричными соосными втулками 5 и 6, соединенными днищем 7.

Внутри промежуточного корпуса 4 на внутренней втулке 5 установлен подвижный фланец 8, а во внешней втулке 6 - неподвижный фланец 9. Фланец 8 герметизирован относительно втулки 5, например, посредством уплотнительного кольца 10, а промежуточный корпус 4 - посредством кольца 11.

Между внутренними коническими поверхностями 12 и 13 фланцев 8 и 9 размещены грузы 14, например, в форме шариков. Необходимое количество грузов 14 и их масса подбираются опытным путем в зависимости от условий работы машины. Грузы 14 размещены между ребрами 15 сепарирующей кольцевой втулки 16.

Фланец 9 может быть установлен во втулке 6 посредством резьбы 17 и закреплён пружинным кольцом 18. Фланец 8 подпружинен к днищу 7 пружиной 19 и перемещается в осевом направлении по направляющим штифтам 20, одному или нескольким, которые входят в отверстия 21 фланца 8.

Для удобства монтажа на промежуточном корпусе 4 выполнены по диаметру плоские площадки 22, а во фланце 9 - отверстия 23.

Неподвижный элемент уплотняющей пары выполнен в виде стандартной манжеты 24 (например, с эластичной губкой и пружиной), закрепленной в неподвижном корпусе 2 машины, а подвижный элемент пары - в виде соосной втулки 25, скрепленной с подвижным фланцем 8 и составляющей с ним единую деталь, причем втулка 25 выполнена разгруженной от действия на неё давления рабочей среды.

Детали 8, 9, 14, 15, 16 образуют центробежный механизм размыкания уплотняющей пары 24 и 25 при вращении вала 1, а детали 8, 9, 19 образуют механизм стыковки пары 24 и 25 в статике.

Устройство работает следующим образом.

В статике (вал не вращается) герметичность обеспечивается манжетой 24, контактирующей с соосной втулкой 25. Известны рекомендации по использованию манжет вращающихся валов, гарантирующие высокую эффективность уплотнения.

В статическом положении втулка 25 максимально выдвинута в сторону манжеты 24 под действием пружин 19, а фланцы 8 и 9 сопряжены между собой по конической поверхности.

При вращении вала 1 срабатывает центробежный механизм размыкания элементов пары 24 и 25 под действием осевой составляющей центробежной силы, превышающей силу трения манжеты 24 при смещении втулки 25, силу трения между уплотнительным кольцом 10 и фланцем 8, а также силу, необходимую для сжатия пружины 19. Необходимое значение осевой силы может быть определено расчетным путем по известным формулам механики и достигается варьированием количества и массы шариков 14, выбором характеристики пружины 19 и геометрических параметров конических поверхностей 12 и 13 фланцев 8 и 9.

При этом фланец 8 с втулкой 25 перемещаются в сторону днища 7 корпуса 4 на максимальное расстояние. Происходит размыкание элементов уплотняющей пары 24 и 25. При остановке вала втулка 25 вновь входят в контакт с манжетой 24 под действием указанного выше механизма стыковки. При этом пружина 19 преодолевает трение между уплотнительным кольцом 10 и манжетой 24, фланцем 8 и втулкой 25.

Весь цикл может повторяться многократно.

Таким образом, стояночное уплотнение надежно обеспечивает герметизацию вала 1 в статическом положении и размыкание при вращении вала 1, обладает высокой работоспособностью и долговечностью в широком диапазоне параметров рабочей среды, при этом отпадает необходимость проектирования и изготовления специальных стояночных (вращающихся) манжет. Предложенное стояночное уплотнение может найти широкое применение в различных агрегатах - в насосостроении, авиационной технике и т.д.

Формула изобретения

Стояночное уплотнение вала, включающее контактную уплотняющую пару, один элемент которой, являющийся неподвижным, закреплен в корпусе машины, а второй, подвижный, установлен с возможностью размыкания пары при вращении вала, механизм размыкания контактной уплотняющей пары, образованный двумя фланцами, один из которых неподвижен относительно вала, а другой установлен с возможностью осевого смещения под действием грузов, размещенных между внутренними коническими поверхностями фланцев, а также механизм стыковки элементов пары в виде пружин сжатия, воздействующих на подвижный фланец, отличающееся тем, что вал неподвижно установлен вдоль оси машины, устройство дополнительно снабжено промежуточным корпусом, установленным на валу и выполненным в виде двух концентричных соосных втулок, внутренней и внешней, соединенных днищем, механизм размыкания и стыковки заключен в промежуточный корпус, при этом подпружиненный подвижный фланец герметично установлен на внутренней втулке, а неподвижный герметичен относительно внешней втулки, неподвижный элемент уплотняющей пары выполнен в виде эластичного уплотнения радиального действия, например, манжеты, а подвижный - в виде соосной втулки, разгруженной от воздействия давления рабочей среды и скрепленной с подвижным в осевом направлении фланцем, а между фланцами механизма размыкания контактной уплотняющей пары размещена кольцевая сепарирующая втулка с радиальными ребрами, между которыми расположены грузы.

РИСУНКИ

Рисунок 1