РАДИАЛЬНОЕ ЩЕЛЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ДЕТАЛИ С ПЛАВАЮЩИМ КОЛЬЦОМ

Полезная модель относится к щелевым уплотнениям с плавающим кольцом, в частности к радиальным уплотнениям между вращающимися деталями и корпусом и может быть использовано в различных отраслях техники при создании центробежных и осевых насосов и турбин.
Уплотнения с плавающим кольцом обладают преимуществом перед щелевыми уплотнениями в том, что плавающее кольцо устанавливается в специальной проточке, выполненной в корпусе, окружающем вращающуюся деталь (вал или рабочее колесо) с возможностью радиального перемещения.
Это позволяет кольцу перемещаться вслед за вращающейся деталью при биениях при работе (вращении) и самоустанавливаться при сборке изделия (например, насосы) и при этом даже при малых зазорах исключить износ поверхностей, образующих уплотняющий зазор, что повышает экономичность изделия.
В уплотнениях с плавающим кольцом при вращении детали в щелевом зазоре возникает подъемная сила (например, при работе на жидкости), которая смещает плавающее кольцо и может исключить взаимное касание и износ (при разрушении) поверхности кольца и вращающейся детали (вала, рабочего колеса).
Однако до появления подъемной силы, способной предотвратить касание кольца о вращающуюся деталь необходимо предотвратить проворот кольца относительно корпуса в момент касания кольца и вращающейся детали (в момент начала вращения). Эта проблема решается в ряде известных технических решений.
Так, например, известно щелевое плавающее уплотнение, содержащее уплотнительное кольцо, установленное в корпусе в кольцевой камере с возможностью радиального перемещения на упругих стержнях, жестко закрепленных одним концом на кольце, торцовый уплотнительный зазор между кольцом и корпусом и радиальный уплотнительный зазор между кольцом и уплотняемой вращающейся деталью, отличающееся тем, что вторые концы стержней соединены один с другим дугообразными перемычками, образующими кольцо, которое жестко закреплено в корпусе (см. авторское свидетельство СССР №1191668 кл. F16j 15/44).
К недостаткам известного технического решения можно отнести сложность конструкции и технологии изготовления стержней - которые выполняют роль упругой подвески плавающего кольца в корпусе - что позволяет кольцу перемещаться вслед за перемещениями вращающейся детали и позволяет при этом предотвратить проворачивание плавающего кольца относительно корпуса.
Вторым недостатком является низкая экономичность, обусловленная щелями между стержнями - что приводит к дополнительной утечке уплотняемой среды из полости высокого давления через торцовый зазор и щели.
Целью полезной модели является устранение недостатков известного технического решения - упрощение конструкции, упрощение технологии изготовления и улучшение экономичности уплотнения.
Это достигается тем, что упругая подвеска выполнена в виде отрезка трубки из неметаллического упругого материала, один конец трубки по периметру отверстия трубки герметично скреплен с плавающим кольцом, а второй конец трубки по периметру отверстия трубки герметично скреплен с корпусом.
В радиальном щелевом уплотнении вращающейся детали с плавающим кольцом трубка выполнена из резины, но может быть выполнена и из пластмассы, например, хлорвинила, капрона и других пластмасс.
В радиальном щелевом уплотнении вращающейся детали с плавающим кольцом конец трубки герметично скреплен с плавающим кольцом с помощью клея.
В радиальном щелевом уплотнении ротора с плавающим кольцом конец трубки герметично скреплен с корпусом с помощью прижимной крышки.
На фиг. 1 изображено радиальное щелевое уплотнение вращающейся детали с плавающим кольцом, где:
1 - вращающаяся деталь (вал)
2 - корпус
3 - кольцевая канавка
4 - плавающее кольцо
5 - ось вращения вала
6 - крышка
7 - отрезок трубки
8, 12 - концы трубки
9 - выступ на трубке
10 - канавка в кольце
11 - бандаж
13 - фланец на патрубке
1
2
Z, Z - радиальные зазоры
3
Z - торцовый зазор
1
П - полость низкого давления
2
П - полость высокого давления.
1
2
Радиальное щелевое уплотнение содержит вращающуюся деталь 1, например, вал, размещенный в корпусе 2, в котором выполнена кольцевая канавка 3, окружающая вал, в которой установлено плавающее кольцо 4, имеющее возможность перемещения в канавке в радиальном направлении - то есть в плоскости, перпендикулярной оси 5 вращения вала, для чего между кольцом и канавкой м кольцом и валом предусмотрены зазоры (Z, Z).
1
1
2
Кольцо 4 закрыто крышкой 6. Зазор Z разделяет полость П низкого и полость П высокого давлений. В канавке 3 размещен отрезок трубки 7 из неметаллического упругого материала, например, резины или пластика (капрона, хлорвинила, полиэтилена), охватывающей плавающее кольцо 4. Один конец 8 трубки 7 герметично соединен с плавающим кольцом 4 с помощью выступа 9 на внутренней поверхности трубки входящего в канавку 10, выполненную на обращенной к выступу 9 поверхности плавающего кольца 4. Дополнительно соединение укреплено бандажом 11 и герметизировано с помощью клея (не показан) нанесенного на соприкасающиеся поверхности трубки и плавающего кольца. Второй конец 12 трубки герметично соединен с корпусом с помощью фланца 13 выполненного заодно целое с трубкой. Фланец 13 прижат к корпусу 2 крышкой 6.
2
1
3
Упругая подвеска, роль которой выполняет трубка 7, позволяет отделять полости П и П, препятствуя утечке рабочей среды через зазор Z в отличие от известного технического решения - где есть щели между стержнями.
3
Зазор Z исключает трение плавающего кольца 4 о корпус, и при этом уменьшается усилие, необходимое для перемещения ("плавания" кольца в радиальном направлении) вслед за биением поверхности вала в радиальном направлении.
Стенку трубки 7 гораздо проще изготовить, чем стержни упругой подвески плавающего кольца - не нужно выполнять прорези между стержнями.
1
Изготовление трубки из неметаллического упругого материала снижает усилие для изгиба трубки 7 при перемещении конца 8 вместе с плавающим кольцом 4 в радиальном направлении под действием подъемной силы в зазоре Z.
Величина такого перемещения составляет 0,2…0,4 мм на радиус, что при малой жесткости материала трубки вполне приемлемо даже при незначительной подъемной силе.
2
1
1
1
1
При работе уплотнения на жидкости (а плавающие кольца в большинстве случаев применяются в центробежных насосах) перетекание жидкости из полости П в полость П осуществляется через зазор "Z". Если поверхность вала, образующая с кольцом 4 зазор Z, будет иметь радиальное биение порядка 0,15…0,30 мм (что обеспечивается точностью изготовления деталей, балансировкой, зазорами в подшипниках и т.д.), то подъемная сила, действующая в зазоре "Z" должна быть рассчитана так, чтобы не допускать касания кольца 4 о вал (вращающуюся деталь), а размеры отрезка трубки должны обеспечивать изгиб конца 8 трубки при расчетной подъемной силе.
Кроме вала уплотнение предложенной конструкции может быть использовано для уплотнения любой вращающейся детали: и рабочего колеса закрытого типа (с бандажом) для центробежного насоса и рабочего колеса гидротурбины осевого типа (с бандажом).