УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА
SHAFT SEAL

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения вращающихся валов.
Известны манжеты с подпружиненным уплотнительным элементом, выполненные по ТУ 38.105.376-92. Манжета состоит из корпуса в виде кольца и уплотнительного пояска с рабочей кромкой, контактирующей с валом. Рабочая кромка прижимается к валу с помощью пружинного кольца. Корпус может быть армирован металлическим каркасом (ГОСТ 8752-79).
Недостатками манжет такого типа являются низкий ресурс, износ шеек валов, наличие утечек, а также сложности связанные с изготовлением и монтажом.
В качестве прототипа взято уплотнение вращающегося вала, содержащее коническую оболочку, металлическое опорное кольцо, уплотнительный поясок с рабочей кромкой. Рабочая кромка выполнена в виде закругленного кольцевого выступа при плавном сопряжении с торцевой поверхностью, а опорное кольцо и уплотнительный поясок соединены радиальными секторами переменного сечения с плавными переходами на соединяемые поверхности (по патенту RU2117839, кл. F15J 15/32, опубл. 20.08.98).
Недостатком данной конструкции является то, что радиальные сектора переменного сечения обеспечивают только упругое прижатие уплотнительного пояска к валу, но при этом не обеспечивает компенсацию радиальных перемещений вала, вызванную его биением из-за несоосности вала и уплотнения, а также отклонениями от круглости поперечного сечения вала. При радиальном перемещении вала и/или неточности изготовления манжеты сила прижима будет меняться нелинейно, перемычки с таким переменным сечением как указано в патенте, будут препятствовать перемещению уплотнительного кольца вслед за валом. Рабочая кромка имеет радиус (закругленный кольцевой выступ), что ухудшает уплотнительные свойства предложенной манжеты.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении надежности работы уплотнения и увеличении ресурса как самого уплотнения, так и сопрягаемых деталей независимо от направления вращения вала, а также в повышении технологичности изготовления и монтажа уплотнения за счет конструктивного исполнения.
Указанный технический результат достигается тем, что уплотнение вала состоит из корпуса в виде кольца и уплотнительного пояска с рабочей кромкой и отличается тем, что корпус и уплотнительный поясок дополнительно соединены ребрами, расположенными по окружности и имеющими форму пластины (пластинообразными, пластинчатыми), при этом на уплотнительном пояске выполнены основная и вторичная рабочие кромки.
Пластинообразные рёбра удобны тем, что могут быть размещены практически с любой  частотой, заданной по необходимости.
Наиболее удачным выполнением пластинообразных ребёр является такое, при котором они имеют прямоугольную форму в поперечном сечении.
Кроме того, толщина уплотнительного пояска не превышает половины толщины корпуса.
Кроме того, уплотнение может быть выполнено из материала ЭКОВУЛ.
Кроме того, ребра могут иметь скос.
Кроме того, ребра могут быть выполнены в радиальном направлении.
Кроме того, ребра могут быть выполнены под углом от радиального направления.
Предлагаемое изобретение поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1 – уплотнение вала;
Фиг. 2 – уплотнение вала, продольный разрез;
Фиг. 3 – уплотнение вала с ребрами, выполненными в радиальном направлении;
Фиг. 4 – уплотнение вала с ребрами, выполненными под углом от радиального направления;
Фиг. 5 – смонтированное уплотнение вала.
Уплотнение вала (фиг. 1) состоит из корпуса 1 в виде кольца и уплотнительного пояска 2 с основной рабочей кромкой 3 (фиг. 2) и вторичной рабочей кромкой 4. Корпус 1 и уплотнительный поясок 3 соединены рёбрами 5.
Рёбра 5 могут иметь скос 6 на торцах. Толщина А уплотнительного пояска 2 не превышает половины толщины В корпуса 1.
Один из вариантов исполнения, когда ребра выполнены в радиальном направлении, показан на фиг. 3. Второй вариант исполнения, когда ребра выполнены под углом α от радиального направления, показан на фиг. 4.
Применение
Уплотнение 7 (фиг. 5) устанавливается в неподвижной детали 8 и прижимается основной рабочей кромкой 3 к валу 9, который совершает вращательное движение относительно детали 8. Уплотнение изготавливается из полимерного материала, например резины или полиуретана.
Герметизация обеспечивается прижатием основной рабочей кромки 3 к валу 8 за счет упругих сил, возникающих в уплотнительном пояске 2 вследствие конструктивно обеспечиваемого натяга, а также за счет упругости рёбер 5. После износа основной рабочей кромки 3 начинает работать вторичная рабочая кромка 4, тем самым продлевая срок службы уплотнения.
Кроме того, представленная в изобретении конструкция уплотнения вала позволяет уплотнению работать, как торсионно-диафрагменная пружина. При вращении сила трения, возникающая между валом 8 и основной рабочей кромкой 3, стремится повернуть уплотнительный поясок 2 относительно корпуса 1. Окружные силы, возникающие в рёбрах 5, стремятся противодействовать скручиванию и обеспечивают герметичность даже при радиальном биении вала и вибрации.
Уплотнительный поясок 2 имеет наименее возможную толщину для свободного «отслеживания» радиальных перемещений вала.
Применение материала ЭКОВУЛ, который обладает высокой упругостью, низкой остаточной деформацией, отсутствием динамического разогрева, относительно малым объёмным износом, низким коэффициентом трения и коротким временем релаксации, позволило:
- утончить уплотнительный поясок 2;
- ввести вторичную рабочую кромку 4;
- существенно увеличить ресурс;
- увеличить величину натяга уплотнительного пояска 2, но при этом исключить износ вращающегося вала 8.
Таким образом, представленная в изобретении конструкция уплотнения вала обеспечивает его надежную работу и увеличивает ресурс как самого уплотнения, так и сопрягаемых деталей, а также повышает технологичность изготовления и монтажа уплотнения, обеспечивая достижение технического результата.