Способ уплотнения вращающегося вала и уплотнение вращающегося вала
Изобретение относится к дейдвудному уплотнению вращающегося судового вала и может быть применено при уплотнении вращающихся валов трубопроводной арматуры. Способ уплотнения вращающегося вала заключается в том, что уплотнительный элемент выполняют в виде кольцевых витков, изготовленных из эластичного материала, один край которых жестко и герметично закрепляют на корпусной конструкции, а другой скручивают вокруг оси вала в направлении уменьшения диаметра витков внутренними поверхностями, которые контактируют с уплотняемой поверхностью вала. Уплотнение вращающегося вала содержит кольцевые витки прямоугольного сечения, расположенные вокруг вращающегося вала. Один край витков герметично и жестко закреплен на неподвижной корпусной конструкции. Противоположный виток снабжен упругим элементом, прижимающим его к другим виткам и скручивающим вокруг оси вала в направлении уменьшения диаметра витков. Предлагаемая конструкция позволяет упростить уплотнение вращающихся валов, снизить их стоимость, повысить надежность соединения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к дейдвудному уплотнению вращающегося судового вала и может быть применено в химической промышленности, машиностроении и других отраслях. Кроме того, предлагаемое техническое решение может быть применено при уплотнении вращающихся валов в трубопроводной арматуре (краны, задвижки и прочие изделия).
Известны различные типы уплотнений вращающихся валов, которые, как правило, выполняются торцевыми: с сильфоном, с кольцом и манжетой, с мембраной и прочие. Эти типы уплотнений приведены в книге А.И.Голубева «Современные уплотнения вращающихся валов», МАШГИЗ, Москва, 1963 г., страница 7.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому принимается конструкция торцевого уплотнения, приведенная в справочнике под общей редакцией А.И.Голубева и Л.А.Кондакова «Уплотнения и уплотнительная техника, Москва, «Машиностроение», 1986 г., стр.288. Торцевое уплотнение состоит из пары трения, выполненной в виде двух уплотнительных колец, прилегающих одно к другому по плоскому торцу. Одно из колец зафиксировано либо в корпусе, либо на валу и герметизировано уплотнительным элементом. Другое кольцо имеет свободу угловых и осевых перемещений и установлено в упругом элементе. Данное техническое решение принято за прототип к заявляемому.
Недостатками торцевого уплотнения являются сложность конструкции, наличие двух уплотнительных элементов (подвижное и неподвижное), повышенный износ торцевого уплотнения вследствие его расположения на большем диаметре по сравнению с наружным диаметром уплотняемого вала.
Целью настоящего изобретения является снижение стоимости уплотнения, повышение надежности соединения и увеличение срока его эксплуатации.
Для достижения указанных целей необходимо решить ряд задач, заключающихся в упрощении конструкции, уменьшении количества деталей, снижении линейных скоростей в паре трения.
Указанные цели достигаются в способе уплотнения вращающегося вала, проходящего через неподвижную корпусную конструкцию заключающемся в том, что эластичный элемент пары трения выполняют в виде эластичных кольцевых витков. При этом один из крайних витков жестко и герметично закрепляют к фланцу неподвижной корпусной конструкции, а другой крайний виток жестко и герметично закрепляют к подвижному фланцу, которым витки прижимают друг к другу в аксиальном направлении и скручивают в сторону уменьшения диаметра, до обеспечения контакта внутренними поверхностями витков с уплотняемой поверхностью вала, представляющего собой другой элемент пары трения.
Часть эластичных кольцевых витков может быть выполнена из материала, образующего пары трения в аксиальном направлении.
Уплотнение вращающегося вала, пропущенного через корпусную поверхность, имеет охватывающий его эластичный элемент пары трения. Этот эластичный кольцевой элемент выполнен в виде кольцевых витков прямоугольного сечения. Один крайний виток герметично и жестко закреплен на неподвижном фланце, который жестко и герметично закреплен на корпусной конструкции. Противоположный крайний виток жестко и герметично связан с подвижным фланцем. Подвижный фланец связан с упругими элементами, например пружинами, обеспечивающими прижатие торцевых поверхностей витков между собой и скручивания их вокруг оси вала в направлении уменьшения диаметра витков до контакта с валом.
Часть кольцевых витков по отношению к соседним может быть выполнена из материала, образующего пары трения в аксиальном направлении.
Крайние витки могут выполняться с большим внутренним диаметром по отношению к средним.
Устройство, поясняющее способ уплотнения вращающегося вала, приведено на чертеже.
Вращающийся вал 1 проходит через корпусную конструкцию 2. К корпусной конструкции 2 жестко и герметично крепится неподвижный фланец 3. Герметичность достигается за счет уплотнительного элемента 6. К фланцу 3 жестко и герметично крепится крайний эластичный кольцевой виток 7. Противоположный крайний эластичный кольцевой виток 7 жестко и герметично связан с подвижным фланцем 4. Между крайними витками 7 располагаются средние витки 8. Неподвижный фланец 3 и подвижный фланец 4 связаны между собой пружинами 5, расположенными под углом к оси вала и находящимися в растянутом (рабочем) состоянии. На чертеже показаны крайние витки 7, выполненные стальными с большим внутренним диаметром по отношению к средним кольцевым эластичным виткам 8. Однако эти витки могут быть выполнены из материала средних витков, например из фторопласта с графитовым наполнителем с внутренним диаметром, как у средних витков. Для установки на несъемные валы детали 3, 4 и 6-8 выполняются разъемными с последующим соединением при монтаже. Средние эластичные витки 8 могут быть цельными и установлены по специально разработанной технологии (технология монтажа будет описана в следующей заявке). Для предохранения больших и дорогих валов от износа при трении на них может устанавливаться облицовка, контактирующая с средними витками 8. Количество витков 7 и 8 может быть любое, а минимальное количество витков 1,0.
Между эластичными кольцевыми витками 8 могут быть установлены дополнительные витки из материала, образующего пары трения при радиальных перемещениях витков 8 между собой при биении вращающегося вала.
Устройство работает следующим образов. Предположим, что это судовое дейдвудное уплотнительное устройство. Тогда корпусная конструкция 2 - это перегородка, за которой находится вода. Со стороны перегородки вода может дойти только до среднего эластичного кольцевого витка 8, так как он находится в контакте, по внутреннему диаметру, с уплотняемой поверхностью вала 1 (или облицовки) и по торцевым поверхностям с крайними витками 7. На чертеже герметизирующие контакты создаются за счет пружин 5, которые из-за углового размещения по отношению к оси вала создают силы, направленные аксиально (вдоль) и радиально (перпендикулярно) к оси вала. Аксиальная сила обеспечивает прижатие торцевых поверхностей между витками. Радиальная сила создает момент, скручивающий кольцевые эластичные витки вокруг вала, что вызывает уменьшение внутреннего диаметра среднего кольцевого эластичного витка 8 до контакта с валом.
При вращении вала 1 он имеет биение. Это биение передается на средний кольцевой эластичный виток 8, который имеет свободу радиального перемещения по отношению к крайним кольцевым эластичным виткам 7. По мере вращения вала 1 происходит вначале притирка трущихся в радиальном и аксиальном направлениях поверхностей между собой, а в дальнейшем их износ. Износ компенсируется пружинами 5 за счет аксиального и радиального перемещения трущихся поверхностей витков.
1. Способ уплотнения вращающегося вала, проходящего через неподвижную корпусную конструкцию, заключающийся в аксиальном прижатии эластичного элемента пары трения, отличающийся тем, что эластичный элемент пары трения выполняют в виде эластичных кольцевых витков, причем один из крайних витков жестко и герметично закрепляют к фланцу неподвижной корпусной конструкции, а другой - к подвижному фланцу, которым прижимают витки друг к другу в аксиальном направлении и скручивают в сторону уменьшения диаметра витков, внутренние поверхности которых контактируют с уплотняемой поверхностью вала, представляющего собой другой элемент пары трения.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что между эластичными кольцевыми витками располагают витки из материала, образующего пары трения в аксиальном направлении.
3. Уплотнение вращающегося вала, содержащее пропущенный через неподвижную корпусную конструкцию вращающийся вал и охватывающий его эластичный элемент пары трения, отличающееся тем, что эластичный элемент выполнен в виде кольцевых витков прямоугольного сечения, один крайний виток герметично и жестко закреплен на неподвижном фланце, который, в свою очередь, жестко и герметично крепится к корпусной конструкции, а противоположный крайний виток жестко и герметично связан с подвижным фланцем, при этом подвижный фланец связан с упругими элементами, обеспечивающими прижатие торцевых поверхностей между витками и скручивания их вокруг оси вала в направлении уменьшения диаметра витков до контакта с валом.
4. Уплотнение по п.3, отличающееся тем, что между кольцевыми витками расположены витки из материала, образующего пары трения в аксиальном направлении.
5. Уплотнение по п.4, отличающееся тем, что крайние витки выполнены с большим внутренним диаметром по отношению к средним.
