УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА

Полезная модель относится к конструкции уплотнительных узлов вращающихся валов и штоков и может быть использована в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известно сальниковое уплотнение с мягкой набивкой (Гуревич Д.Ф. Основы расчета трубопроводной арматуры. Машиздат. 1962 год, стр. 124-126, фиг. 53), состоящее из цилиндрической сальниковой камеры с дном, в которую помещена набивка, охватывающая цилиндрическую поверхность штока и поджимаемая сверху крышкой или втулкой сальника.
Недостатком этой известной конструкции является неравномерность распределения радиальной нагрузки по длине набивки, понижающейся ко дну камеры, что требует повышенного усилия предварительной затяжки крепежных элементов и увеличивает металлоемкость конструкции сальникового уплотнения..
Известно сальниковое уплотнение с мягкой набивкой трапецеидального сечения (Патент Р.Ф. на полезную модель №151887 от 18.09.2014), состоящее из сальниковой камеры с ограничительным дном, в которую помещен уплотнитель, поджимаемый крышкой, и охватывающий уплотняемую деталь, при этом сечения крышки, уплотнителя и внутреннего контура сальниковой камеры имеют трапецеидальную форму, сужающуюся ко дну сальниковой камеры.
Недостатком этого устройства является непосредственный контакт уплотнителя по всей его длине с поверхностью относительно дорогостоящей уплотняемой детали, что является причиной ее повышенного износа и вследствие этого преждевременного нарушения герметичности сальникового узла.
Известно уплотнение вращающегося вала (Патент Р.Ф. №2104433 от 27.04.1996, прототип), содержащее камеру, в полости которой размещены аксиально подвижные вращающееся и не вращающееся кольца с коаксиально размещенными относительно друг друга торцевыми выступами, уплотняемый вал и источник подачи смазочно-охлаждающей жидкости, при этом поверхности торцевых выступов аксиально подвижных колец, уплотняемого вала и камеры образуют кольцевые полости, в которых установлены уплотнительные элементы, выполненные из набивочного сальникового материала, заполняющие весь объем, образованный кольцевыми полостями, причем торцовые поверхности уплотняющих элементов образуют пары трения с торцевыми выступами аксиально подвижных колец, поджимаемые крышкой камеры.
Недостатком данной конструкции является неравномерность распределения радиальных нагрузок на поверхности камеры и вала по длине его уплотняемого участка в следствии снижения нагрузки к концу уплотняемого участка вала из-за сил трения, возникающих в осевом направлении в результате перемещения уплотнительных элементов при затяжке уплотнения. Уменьшение осевой нагрузки на последующие пары уплотнительных элементов приводит к уменьшению их радиальной нагрузки на поверхности камеры и вала, что снижает герметичность сальникового уплотнения.
Целью полезной модели является повышение герметичности сальникового уплотнения за счет обеспечения постоянной и одинаковой удельной нагрузки на поверхности камеры и вала от последовательно размещенных по длине уплотняемого участка уплотнительных элементов и уменьшение материалоемкости конструкции уплотнения вала.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемой конструкции поверхность камеры выполнена с коаксиально расположенными проточками, ступенчато уменьшающимися по диаметру от крышки камеры, а аксиально подвижные кольца с коаксиально размещенными относительно друг друга торцевыми выступами и кольцевые полости, образованные ими, валом и камерой, с установленными в них парами уплотнительных элементов, также ступенчато уменьшаются по наружному диаметру, соответствующему диаметру проточки, при этом длина каждой проточки превышает сумму толщин уплотнительного элемента и кольцевого выступа, размещенных в соответствующей проточке, что обеспечивает возможность их аксиального перемещения при затяжке и в рабочих условиях.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором представлена конструкция уплотнения вала.
Уплотнение вала состоит из аксиально подвижных вращающегося кольца 1 с фиксатором 2, с возможностью аксиального перемещения в пределах длины проточки вала, и не вращающегося кольца 3 с коаксиально размещенными относительно друг друга торцевыми выступами 4, 5 и 6, установленных каждый в свою проточку камеры 7 согласно их диаметрам, вала 8, крышки камеры 9 с торцевым выступом 10, крепежными элементами 11 и каналом 12, связывающим место сопряжения выступа 10 и кольца 3 с источником подачи смазочно-охлаждающей жидкости, при этом поверхности торцевых выступов 4, 5 и 6 аксиально подвижных колец, с торцевым выступом 10 крышки камеры 9, уплотняемого вала 8 и камеры 7 образуют кольцевые полости, в которых установлены уплотнительные элементы 13, 14, 15 и 16 выполненные из набивочного сальникового материала, заполняющих весь их объем.
При затяжке нажимной крышкой 9 каждая, следующая от нее пара уплотнительных элементов получает дополнительную удельную нагрузку вследствие уменьшения их поперечного сечения, осевая составляющая которой будет примерно равна падению осевого усилия от силы затяжки за счет сил трения предыдущих уплотнительных элементов о замыкающие элементы уплотнения вала.
Равномерная осевая удельная нагрузка обеспечивает равномерную радиальную удельную нагрузку в зоне контакта уплотнительных колец и замыкающих их поверхностей камеры и вала.
В рабочих условиях, как показали исследования, вместе с кольцом 1 вращается и уплотнительный элемент 16. Кольцо 3 и остальные уплотнительные элементы не вращаются. Герметичность уплотнения вала обеспечивается динамическим контактом между вращающимся торцевым выступом 4 кольца 1 и торцовой поверхностью не вращающегося уплотнительного элемента 15 и не вращающимся торцевым выступом 5 кольца 3 и вращающимся уплотнительным элементом 16. Этот силовой контакт торцевых выступов вращающихся и не вращающихся колец с соответствующими уплотнительными элементами уменьшает проницаемость уплотнительных элементов.
Предлагаемая конструкция позволяет подбором диаметра проточек камеры 7, с учетом силы давления среды, создавать равномерную боковую удельную нагрузку на камеру и вал за счет того, что при падении осевой силы в результате действия в противоположном направлении сил трения, удельная осевая и боковая нагрузки будут постоянными из-за соответствующего уменьшения площади уплотнительных элементов, на которую действует осевая сила, что приводит также и к уменьшению материалоемкости конструкции уплотнения вала.