Лабиринтное уплотнение
LABYRINTH SEAL

Уплотнение относится к бесконтактным уплотнительным устройствам лабиринтного типа для герметизации подшипниковых узлов машин.
Известно лабиринтное уплотнение, содержащее две втулки с чередующимися кольцевыми выступами и впадинами на торцевых поверхностях, одна из которых посажена на вал и вращается с ним как одно целое, а другая неподвижна и является частью корпуса, либо крышки подшипника, причем в сборе выступы втулок посажены с малым зазором во впадины ответной втулки. Образующаяся длинная извилистая щель между втулками обладает большим гидродинамическим сопротивлением и препятствует вытеканию жидкости из рабочей полости устройства в окружающую среду. Для большего уплотняющего эффекта щель между втулками заполняют консистентной смазкой [1].
Известно лабиринтное уплотнение [2], содержащее корпус с концентрическими канавками, в которых размещены с зазором по периметру ответные выступы втулки, установленной на валу. С целью повышения надежности, на корпусе жестко закреплена крышка, охватывающая втулку и образующая внутреннюю полость, заполненную смазкой, при этом втулка выполнена с оппозитно расположенными заплечиками, на которых установлены тела качения в обоймах, через которые боковые поверхности втулки сопряжены с поверхностями корпуса и крышки, а на внутренней цилиндрической поверхности втулки выполнены канавки, в которые герметично установлены уплотнительные элементы.
Общим недостатком приведенных выше конструкций являются большие потери мощности на высоких скоростях вращения вала из-за значительного вязкостного сопротивления консистентной смазки в зазорах устройств и понижение надежности уплотнения, обусловленной вероятностью вытекания из зазора разогретой консистентной смазки, обладающей повышенной текучестью.
Наиболее близким аналогом является лабиринтное уплотнение [3], содержащее неподвижный с пазами на торцевой поверхности диск и установленный на валу вращающийся диск с выступами, входящими в пазы неподвижного диска. С целью повышения герметичности, в выступах выполнены радиальные пазы, а в неподвижном диске выполнены тангенциальные каналы, соединяющие пазы с дренажем.
Недостатком конструкции является то, что отверстия для отведения жидкости, расположенные тангенциально наружной цилиндрической поверхности вращающегося диска и перпендикулярно оси вращения, будут проходить через выступы неподвижного диска, следовательно, нормальное отведение жидкости станет возможно лишь в редкие фазы работы устройства, когда отверстия вращающегося и не вращающегося дисков совмещены, что значительно ухудшает эффективность дренажа. Для постоянного отвода жидкости не зависящего от фазы работы устройства необходимо обеспечивать сложное пространственное расположение дренажных отверстий по касательной к лабиринтным камерам и под углом к оси вращения вала, что также является недостатком. С точки зрения изготовления элементов такого уплотнения конструкция нетехнологична.
Техническим результатом является повышение технологичности уплотнения.
Указанный технический результат достигается тем, что лабиринтное уплотнение содержит совмещаемые для получения длинного извилистого зазора диски с чередующимися кольцевыми выступами и впадинами на торце, один из которых устанавливается на вращающийся вал, а второй посажен в отверстие крышки подшипника. Кольцевые выступы вращающегося вместе с валом диска выполнены с уменьшающейся высотой от центра диска к периферии, при этом кольцевые впадины неподвижного диска, устанавливаемого в крышку подшипника, выполнены с уменьшающейся глубиной от центра диска к периферии, а в неподвижном диске в нижней части выполнен внешний продольный глухой паз и ряд радиальных отверстий, соединяющих общее дренажное отверстие в корпусе с каждой из лабиринтных камер, образованных совмещением выступов подвижного диска со впадинами неподвижного диска.
Ступенчатая конфигурация лабиринтных камер позволяет упростить пространственное расположение дренажных отверстий, выполнить их в ряд, радиально отходящими от каждой лабиринтной камеры. Радиальное расположение отверстий с точки зрения изготовления более технологично, нежели тангенциальное, представленное в [3].
Кроме того, с целью повышения надежности уплотнения на наружной цилиндрической поверхности выполнен радиальный выступ с осевым вылетом за пределы торца неподвижного диска. Полученное локальное уменьшение зазора на входе в лабиринт выполняет направляющую функцию. Оно препятствует втеканию жидкости в лабиринтный зазор, и способствует ее сбрасыванию в удаленную от зазора зону на стенке корпуса возникающими при вращении кольца центробежными силами.
Конструкция поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез лабиринтного уплотнения, на фиг.2 изображена верхняя часть соединения дисков в разрезе, на фиг.3 изображена нижняя часть соединения дисков в разрезе.
Лабиринтное уплотнение состоит из подвижного диска 1, устанавливаемого на вал 2 и вращающегося с ним как одно целое, имеющего выступ В на внешней цилиндрической поверхности, совмещенного с диском 1 по впадинам и вершинам неподвижного диска 3, устанавливаемого в отверстие крышки подшипника, либо являющегося частью крышки как показано на фиг.1 и имеющего паз Г в нижней части, совмещенный с дренажным отверстием в корпусе 4, и ряд отверстий, соединяющих паз с каждой из лабиринтных камер; корпуса 4 с дренажным отверстием из полости паза Г в картер уплотняемого устройства.
Уплотнение работает следующим образом.
Масло, либо другая жидкая уплотняемая среда, проходя через подшипниковый узел, попадает на торцевую поверхность вращающегося на валу диска 1. Под действием центробежных сил жидкость перетекает на периферийную зону диска 1 к радиальному выступу В вблизи зазора между дисками. Поскольку выступ В образует наиболее узкую часть зазора между дисками 1 и 3 гидравлическое сопротивление проникновению жидкости в зазор велико и она легче сбрасывается с выступа В на стенку корпуса 4, нежели проникает в зазор. Часть жидкости, попавшая в зазор медленно движется по длинному извилистому пути через лабиринтные камеры, образованные выступами и впадинами вращающегося и не вращающегося дисков. В каждой камере некоторое количество жидкости стекает в дренажное отверстие под действием силы тяжести и центробежной силы от вращения подвижного диска. Поскольку в каждой лабиринтной камере происходит отток части жидкости, общий расход жидкости через зазор уменьшается. При этом уплотнение способно работать на значительных скоростях с минимальными потерями мощности.
Источники информации:
1. Конструкции и расчет зубчатых редукторов. Справочное пособие. Кудрявцев В.Н., Державец Ю.А., Глухарев Е.Г. Л. «Машиностроение». 1971 г., 328 с.
2. Патент SU №1714268 Лабиринтное уплотнение. Пермский научно-исследовательский технологический институт. Заяв. 09.07.90 г. Публ. 23.02.92 г.
3. Патент SU №1086265. Лабиринтное уплотнение. Херсонский индустриальный институт. Заяв. 17.03.83 г. Публ. 15.04.84 г.