УПЛОТНЕНИЕ ТОРЦОВОЕ ШЕПЕЛЁВА

Уплотнение торцовое относится к уплотнительной технике и может быть использовано для герметизации валов насосов, машин и аппаратов газовой, химической, нефтеперерабатывающей и других отраслей промышленности.
Из уровня техники известен аналог [1] и прототип [2], содержащий подвижную в осевом направлении обойму, надетую на вал и прижатую пружиной к неподвижной обойме, приводящейся во вращение от рабочего колеса или от вала посредством пружины, а также неподвижную обойму с центрирующим фланцем и уплотнительной прокладкой, причем в подвижной и неподвижной обоймах установлены торцовые уплотнительные кольца пары трения посредством манжет из термостойкой с малой твердостью и большой теплопроводностью резиновой смеси.
В связи с тем, что резиновые манжеты этого одинарного торцевого уплотнения имеют гладкие наружную и внутреннюю цилиндрическую и торцевую поверхности, в процессе сборки, транспортировки и эксплуатации были выявлены следующие недостатки этого одинарного торцевого уплотнения:
- повышенные напряжения сжатия гладких резиновых манжет для передачи максимального крутящего момента в отсутствии проворачивания торцовых уплотнительных колец пар трения при пуске насоса, что повышает скорость старения и сужает температурный интервал работы этих манжет, снижает их долговечность в результате усталостных разрушений, особенно в высокотемпературных и агрессивных перекачиваемых жидкостях;
- отсутствие осевой фиксации резиновых манжет в обоймах, при повышенных напряжениях сжатия, в результате их упругой деформации при сборке, транспортировке, приводит к вытеснению этих манжет вместе с уплотнительными кольцами пары трения из обоймы и их разгерметизации;
- недостаточная плоскопараллельность уплотнительных поверхностей колец пары трения при работе одинарного торцевого уплотнения;
- незначительное отслеживание биения стыка уплотнительных поверхностей колец пары трения при работе одинарного торцевого уплотнения;
- неэффективное поглощение появляющейся вибрации уплотнительных колец пары трения при работе одинарного торцевого уплотнения;
- высокая стоимость манжет, изготовленных из специфических резиновых смесей, имеющих повышенную термостойкость, малую твердость и высокую теплопроводность.
Задачей полезной модели является: упрощение технологии сборки, повышение надежности, долговечности и ремонтопригодности уплотнения торцового.
Задача решается применением манжет, изготовленных из эластичного материала (например, резиновой смеси), имеющих на наружной гладкой цилиндрической поверхности кольцевые выступы, обеспечением условий и размеров установки этих манжет совместно с уплотнительными кольцами пары трения в обоймы.
гл
выст
- Упрощение технологии сборки достигается путем уменьшения осевой силы с обеспечением относительной деформации сжатия гладкой цилиндрической поверхности манжеты ε=5...15% и ее кольцевого выступа ε=8...22% в зависимости от твердости эластичного материала манжет. Длина кольцевых выступов меньше длины гладкой поверхности манжеты, поэтому и осевая сила при сборке будет меньше [3, стр.108, 120].
- Повышение надежности и долговечности определяется осевой фиксацией манжет в обоймах [3, стр.107-112]:
гл
выст
- при заданной минимальной относительной деформации сжатия гладкой цилиндрической поверхности манжеты ε=5% и ее кольцевого выступа ε=8% - возможностью передачи максимального крутящего момента в соединении между внутренней цилиндрической поверхностью обоймы и наружной цилиндрической поверхностью уплотнительного кольца пары трения, а также герметичностью соединения уплотнительного кольца пары трения с обоймой посредством манжеты в конце эксплуатации торцового уплотнения, максимальной твердостью
эластичного материала манжеты, температурой и свойствами перекачиваемой жидкости;
гл
выст
- при максимальной относительной деформации сжатия гладкой цилиндрической поверхности манжеты ε=15% и ее кольцевого выступа ε=22% - циклической долговечностью, минимальной твердостью эластичного материала манжеты, температурой и свойствами перекачиваемой жидкости.
- Повышение ремонтопригодности достигается заменой при ремонте только уплотнительных колец пары трения или этих колец с манжетами без замены обойм.
Полезная модель поясняется фигурами 1, 2 и 3.
На фиг.1 показано сечение по оси вала центробежного насоса с уплотнением торцовым, которое содержит неподвижную обойму (представляющую собой, например, фланец или корпус) 1 и подвижную в осевом направлении обойму 2, надетые на вал. Причем подвижная обойма 2 прижата пружиной 3 к неподвижной обойме 1, приводящаяся во вращения от вала через упорно-центрирующее кольцо 4 посредством пружины 3 (или от рабочего колеса насоса через поводковое устройство). Вторичные уплотнительные кольца 5 и 6. В подвижную 2 и неподвижную обойму 1 установлены торцовые уплотнительные кольца пары трения 7 посредством манжет 8, имеющих на наружной гладкой цилиндрической поверхности кольцевые выступы.
На фиг.2 показан местный разрез манжеты 8, имеющей на наружной гладкой цилиндрической поверхности, по меньшей мере, один кольцевой выступ Z, размеры которого находятся в пределах:
гл
S=0,6...3,0 мм - толщина гладкой цилиндрической поверхности манжеты (большие значения соответствую большим диаметрам вала);
гл
R=(0,1...0,5)•S - радиус кольцевых выступов на наружной цилиндрической поверхности манжеты;
выст
S=(0,5...1,5)•R - высота кольцевых выступов над гладкой цилиндрической поверхностью манжеты.
м
D - внутренний диаметр манжеты.
Количество кольцевых выступов Z зависит от размера L манжеты, относительной деформации сжатия поверхности манжеты, передачи ею крутящего момента в соединении между внутренней цилиндрической поверхностью обоймы и наружной цилиндрической поверхностью уплотнительного кольца пары трения, а также от температуры и свойств перекачиваемой жидкости.
На внутренней цилиндрической поверхности обоймы могут быть выполнены аналогичные ответные кольцевые проточки для обеспечения стабильной осевой фиксации манжеты, что также позволит повысить теплоотвод от уплотнительного кольца пары трения через большую (по сравнению с гладкими манжетами) соприкасающуюся наружную поверхность манжеты с внутренней поверхностью обоймы.
р
На фиг.3 показан местный вид А. Манжету 8 надевают на уплотнительное кольцо пары трения, растянутой по внутреннему диаметру на величину δ=0...4%:
к
где D - наружный диаметр уплотнительного кольца пары трения.
гл
выст
Установку кольца пары трения 7 с надетой манжетой 8 в обойму 1 или 2 производят с натягом, обеспечивающим минимальную относительную деформацию сжатия (с целью уменьшения напряжений сжатия) гладкой цилиндрической поверхности манжеты 8 в пределах ε=5...15%, и повышенную относительную деформацию сжатия в местах кольцевых выступов Z в пределах ε=8...22% для обеспечения герметичности и передачи крутящего момента без проворачивания уплотнительных колец пары трения 7 в обоймах 1 или 2.
где  - радиальный зазор между внутренней цилиндрической поверхностью обоймы и наружным диаметром уплотнительного кольца пары трения;
- радиальный зазор между внутренней кольцевой поверхностью проточек в обойме и наружным диаметром уплотнительного кольца пары трения;
об
D - внутренний диаметр обоймы;
пр
D - внутренний диаметр кольцевых проточек в обойме.
гл
выст
Меньшие значения ε и ε выбирают для манжет, изготовленных из более твердых эластичных материалов.
Устройство работает следующим образом.
При работе насоса создаваемое давление нагнетания перекачиваемой жидкости, по выполненному в корпусе насоса каналу, подается к паре трения уплотнения торцового. Тепло от пары трения отводится с этой жидкостью на всасывание насоса через отверстия в рабочем колесе. Для передачи одностороннего крутящего момента от вала насоса к подвижной обойме 2, создания начальных контактных давлений в паре трения 7, а также исключения утечек жидкости при неработающем насосе, используется цилиндрическая винтовая пружина сжатия 3. Рабочее давление жидкости в камере уплотнения дополнительно создает необходимое рабочее контактное давление между кольцами пары трения 7. Это практически исключает утечку жидкости через пару трения во время работы насоса. Применением манжет 8, изготовленных из эластичного материала, имеющих на наружной гладкой цилиндрической поверхности кольцевые выступы, с обеспечением вышеуказанных условий и размеров установки манжет совместно с уплотнительными кольцами пары трения 7 в обоймы 1 и 2, позволяет: эффективно отслеживание биения стыка уплотнительных поверхностей колец пары трения 7, обеспечить плоскопараллельность их трущихся поверхностей, а также герметичность соединения этих колец с обоймами 1 и 2.
Источники информации
1. DE 3820581 А1 (BURGMANN DICHTUNGNSWERK FEODOR), F 16 J 15/34 от 16.06.1988.
2. "Одинарное торцевое уплотнение" RU №35401, F 16 J 15/34 от 01.10.2003 (ООО Производственная фирма "Универсал").
3. "Уплотнения и уплотнительная техника": Справочник/ Л.А.Кондаков, А.И.Голубев и др., Под общей ред. А.И.Голубева, Л.А.Кондакова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1994. - 448 с.