ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА
END SEAL OF ROTARY SHAFT

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве уплотнения вращающихся валов различных механизмов.
Известно торцевое уплотнение вращающегося вала, содержащее корпус, втулку, вал, вращающееся и невращающееся уплотнительные кольца, контактирующие между собой по плоской поверхности трения, причем на поверхности трения вращающегося кольца выполнена кольцевая канавка, соединенная каналами с коническими радиально расположенными полостями, на внешнем участке рабочей поверхности вращающегося кольца исполнена дополнительная кольцевая канавка, в которую установлено подпружиненное в осевом направлении дополнительное кольцо. Радиальные полости, исполненные во втулке, обращены вершинами наружу и сообщены ими с уплотняемой полостью, которые разделены шариками посредством пластинчатых пружин (см. патент РФ №2118729, МПК F16J 15/34, 1998).
Основным недостатком известного торцевого уплотнения является сложность конструкции и изготовления, а также то, что подпружиненное в осевом направлении дополнительное кольцо устанавливается в дополнительную кольцевую канавку, которая исполнена на внешнем участке рабочей поверхности вращающегося кольца, чем уменьшается прочность вращающегося кольца, что может привести к разрушению пары трения.
Известно также торцевое уплотнение вращающегося вала, наиболее близкое по своей технической сущности к предлагаемому, содержащее седло с отверстием, через которое с возможностью вращения пропущен вал, уплотнительное кольцо, установленное с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль вала, эластичное кольцевое уплотнение и средство придания возвратно-поступательного перемещения уплотнительному кольцу вдоль вала (см. патент РФ №4350, МПК F16J 15/34, 1995).
Недостатком известного торцевого уплотнения является сложность конструкции и изготовления.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение надежности работы уплотнения, упрощение конструкции.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в упрощении конструкции, повышении надежности уплотнения.
Поставленная задача решается тем, что торцевое уплотнение вращающегося вала, содержащее седло с отверстием, через которое с возможностью вращения пропущен вал, уплотнительное кольцо, установленное с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль вала, эластичное кольцевое уплотнение и средство придания возвратно-поступательного перемещения уплотнительному кольцу вдоль вала, отличающееся тем, что эластичное кольцевое уплотнение зафиксировано в кольцевом желобке, выполненном на стенке отверстия уплотнительного кольца, выполненного из материала с высокой магнитной проницаемостью, при этом на поверхности седла зафиксировано кольцо из антифрикционного немагнитного материала, при этом средство придания возвратно-поступательного перемещения уплотнительному кольцу вдоль вала выполнено из магнитного материала, предпочтительно в виде кольца, охватывающего кольцо из антифрикционного немагнитного материала, толщина которого больше толщины магнитного кольца.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения и существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом существенные признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признак «…эластичное кольцевое уплотнение зафиксировано в кольцевом желобке, выполненном на стенке отверстия уплотнительного кольца» позволяет разместить уплотнительное кольцо между валом и уплотнительным кольцом, исключить утечки в зазоре, образованном этими деталями, обеспечить возможность осевого перемещения уплотнительного кольца по валу, обеспечивает передачу крутящего момента от вала уплотнительному кольцу и его вращение вместе с валом.
Признак, указывающий, что уплотнительное кольцо выполнено «из материала с высокой магнитной проницаемостью», обеспечивает возникновение силы притяжения между уплотнительным кольцом и постоянным магнитом.
Признак «…на поверхности седла зафиксировано кольцо из антифрикционного немагнитного материала…» способствует уменьшению трения между уплотнительным кольцом и антифрикционным немагнитным материалом, снижает коэффициент трения и износ.
Признаки «…средство придания возвратно-поступательного перемещения уплотнительному кольцу вдоль вала выполнено из магнитного материала, предпочтительно в виде кольца, охватывающего кольцо из антифрикционного немагнитного материала, толщина которого больше толщины магнитного кольца…» обеспечивают возникновение силы притяжения между уплотнительным кольцом и постоянным магнитом, прижимают уплотнительное кольцо к кольцу из антифрикционного материала, обеспечивают надежное уплотнение зазора между уплотнительным кольцом и кольцом из антифрикционного материала.
На чертеже показан продольный разрез торцевого уплотнения вращающегося вала по оси вращения.
На чертеже показаны седло 1 с отверстием, вал 2, уплотнительное кольцо 3, эластичное кольцевое уплотнение 4, кольцо 5 из антифрикционного немагнитного материала, кольцо 6 из магнитного материала, корпус 7, уплотнительное кольцо 8 седла 1, камера 9 уплотнения жидкости, камера 10 с атмосферным давлением.
Торцевое уплотнение вращающегося вала содержит седло 1 с отверстием, через которое с возможностью вращения пропущен вал 2, уплотнительное кольцо 3, установленное с возможностью его возвратно-поступательного перемещения вдоль вала 2, эластичное кольцевое уплотнение 4 и средство придания возвратно-поступательного перемещения уплотнительному кольцу 3 вдоль вала 2.
Эластичное кольцевое уплотнение 4 установлено в кольцевом желобке, выполненном на стенке отверстия уплотнительного кольца 3. Уплотнительное кольцо 3 выполнено из материала с высокой магнитной проницаемостью, например из сплава 48КНФ. К торцевой поверхности седла 1 приклеено кольцо 5 из антифрикционного немагнитного материала. Средство придания возвратно-поступательного перемещения уплотнительному кольцу 3 вдоль вала 2 выполнено из магнитного материала, в виде кольца 6, которое приклеено к торцу седла 1, причем толщина этого кольца 6 меньше толщины кольца 5 на величину износа уплотнения за время эксплуатации торцевого уплотнения. Седло 1 установлено в корпусе 7 заявляемого механизма и уплотнено от протечек жидкости из камеры 9 эластичным уплотнительным кольцом 8.
Работает торцевое уплотнение вращающегося вала следующим образом. При неподвижном вале 2 сила притяжения между ферромагнитным уплотнительным кольцом 3 и кольцом 6 из магнитного материала герметизирует торцевую контактную поверхность между кольцом 5 из антифрикционного немагнитного материала и уплотнительным кольцом 3. При вращении вала 2 и уплотнительного кольца 3 уплотнительное кольцо 3 и кольцо 5 из антифрикционного немагнитного материала расходятся, и жидкость из камеры 9 поступает через микронеровности в торцевой зазор между этими кольцами. Во время работы механизма давление в смазочной пленке растет. Усилие притяжения между ферромагнитным уплотнительным кольцом 3 и кольцом 6 из магнитного материала должно быть достаточным, чтобы избежать значительной утечки жидкости из камеры 9. Однако если это усилие будет чрезмерным, то это приведет к исчезновению пленки между уплотнительным кольцом 3 и кольцом 5 из антифрикционного немагнитного материала и, следовательно, к значительному износу поверхностей.