УПЛОТНЕНИЕ ТОРЦЕВОЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА

Полезная модель относится к уплотнительной технике и может быть использована для уплотнения вращающихся валов.
Известно уплотнение торцевое, содержащее подвижное и неподвижное кольца пары трения, причем подвижное кольцо трения связано с обоймой, закрепленной на валу, и подпружинено относительно обоймы, а между последней и подвижным кольцом помещена нажимная обойма с поводками, кинематически связанная с подвижным кольцом и обоймой поводками, помещенными в шлицевые обоймы (см. авторское свидетельство SU - №731152, кл. F 16 J 15/34, опубл. 30.04.80).
Однако в данной конструкции уплотнения торцевого вращающееся фрикционное кольцо подвижного кольца трения помещено в штампованную обойму, имеющую удлиненные поводки, отштампованные вместе с обоймой. Такая конструкция имеет сравнительно невысокую надежность, что связано с тем, что отштампованные вместе с обоймой поводки выполнены из тонкого листового материала и поэтому обламываются при эксплуатации уплотнения, выводя последнее из строя. Кроме того необходимость выполнения обоймы методом глубокой штамповки и последующая механическая обработка обоймы ведет к повышению стоимости изготовления торцевого уплотнения, а большая масса вращающихся частей может привести к увеличению вибраций и снижению ресурса торцевого уплотнения.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является уплотнение торцевое вращающегося вала, содержащее охватывающие вал неподвижные фрикционные кольца трения и размещенные на валу подпружиненные подвижные фрикционные кольца трения, каждое из которых прижато к своему неподвижному фрикционному кольцу трения, фрикционные кольца трения запрессованы в металлические обоймы, причем металлические обоймы подвижных колец трения выполнены с вторичным эластичным уплотнением относительно вала, между подвижными кольцами трения на валу установлен сепаратор, зафиксированный от проворота относительно вала посредством установленного в сепараторе подпружиненного штифта, выходной конец которого расположен в выполненном на валу пазу, вторичное эластичное уплотнение установлено в обоймах подвижных фрикционных колец трения и
снабжено с открытого торца нажимной шайбой (см. патент RU №2213283, кл. F 16 J 15/34, опубл. 27.09.2003).
Описанное выше уплотнение торцевое имеет более высокую надежность работы, однако и в этой конструкции уплотнения торцевого кольца пары трения запрессованы в металлические обоймы заподлицо с торцами обойм, совпадающими с плоскостью трения колец, что приводит к тому, что во время работы кроме колец пары трения относительно друг друга трутся своими торцевыми поверхностями и обоймы, что, с одной стороны, приводит к их износу, а, с другой стороны, ухудшает отвод тепла от трущихся друг относительно друга колец пары трения, что приводит к их перегреву и, в конечном итоге, может привести к их разрушению. Как следствие данное уплотнение торцевое может быть ограниченно использовано по времени непрерывной работы, что усложняет эксплуатацию торцевого уплотнения и приводит к снижению надежности его работы.
Задача изобретения - создать условия для эффективного отвода тепла от колец пары трения и предотвратить износ в процессе работы уплотнения торцевого обойм, в которые запрессованы кольца пары трения.
Техническим результатом, на достижение которого направлена настоящая полезная модель, является повышение надежности работы уплотнения торцевого.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что уплотнение торцевое вращающегося вала содержит охватывающие вал неподвижные и подпружиненные подвижные фрикционные кольца трения, причем каждое из последних прижато к своему неподвижному фрикционному кольцу трения, фрикционные кольца трения запрессованы в металлические обоймы, при этом металлические обоймы подвижных колец трения снабжены с открытого торца нажимной шайбой и выполнены с вторичным эластичным уплотнением относительно вала, между подвижными кольцами трения на валу установлен сепаратор, зафиксированный от проворота относительно вала посредством установленного в сепараторе подпружиненного штифта, выходной конец которого расположен в выполненном на валу пазу, при этом между нажимными шайбами установлены вокруг вала пружины, проходящие через отверстия в сепараторе, на последнем закреплен выполненный в виде пластины поводок для передачи крутящего момента от вала через сепаратор к подвижным фрикционным кольцам трения, концы которого вставлены в выполненные в обоймах подвижных фрикционных колец трения пазы с возможностью перемещения обойм подвижных фрикционных колец в осевом направлении относительно вала, при этом фрикционные кольца трения выступают в осевом направлении из обойм на 0,01-5,0 мм.
Для решения поставленной задачи конструкция уплотнения торцевого выполнена из однотипных простых в изготовлении деталей. Выполнение конструкции торцевого уплотнения в виде симметричной самоустанавливающейся конструкции позволило выполнить поводок в виде плоской пластины, закрепленной по центру на зафиксированном относительно вала сепараторе. Размещение между нажимными шайбами нескольких пружин, размещенных вокруг вала, позволяет повысить надежность работы уплотнения, поскольку выход из строя одной пружины не приведет к разгерметизации уплотнения и катастрофическому нарушению его работы. Кроме того, пропущенные через сепаратор пружины являются дополнительными поводками через которые выравнивают усилие передаваемое поводком подвижным фрикционным кольцам трения как в осевом, так и в окружном направлении, что позволяет дополнительно повысить надежность работы уплотнения торцевого. Поскольку фрикционные кольца трения выступают в осевом направлении из обойм, в которые они запрессованы, представляется возможным обеспечить к ним доступ рабочей жидкости, которая выполняет также роль охлаждающей жидкой среды. Облегчению доступа к фрикционным кольцам трения рабочей жидкости способствует также выполнение металлических обойм с торцевой конической поверхностью со стороны выступающей из обоймы части фрикционного кольца трения.
При использовании для трущихся фрикционных колец трения твердых износостойких материалов, например таких как химинат, карбид вольфрама, карбид кремния или металлокерамический твердый сплав, износ фрикционных колец трения, работающих, как правило, по одноименному материалу, зависит от твердости этого материала. Поэтому в ходе проведенных исследований было установлено, что величина выступающей части уменьшается с увеличением твердости износостойкого материала и может колебаться от 0,01 мм для, например карбида вольфрама, до 5,0 мм для химината или силицированного графита.
На чертеже представлен общий вид описываемого уплотнения.
Уплотнение торцевое вращающегося вала содержит охватывающие вал 1 неподвижные фрикционные кольца трения 2 и подпружиненные подвижные фрикционные кольца трения 3. Каждое из подвижных фрикционных колец трения 3 прижато к своему неподвижному фрикционному кольцу трения 2. Фрикционные кольца трения 2 и 3 запрессованы в металлические обоймы 4, причем металлические обоймы 4 подвижных колец трения 3 выполнены с вторичным эластичным уплотнением 5 относительно вала 1. Между подвижными кольцами трения 3 на валу 1 установлен сепаратор 6, зафиксированный от проворота относительно вала 1 посредством
установленного в сепараторе 6 подпружиненного штифта 7, выходной конец которого расположен в выполненном на валу 1 пазу. Вторичное эластичное уплотнение 5 установлено в обоймах 4 подвижных фрикционных колец трения 3 и снабжено с открытого торца нажимной шайбой 8. Между нажимными шайбами 8 установлены вокруг вала 1 пружины 9, проходящие через отверстия в сепараторе 6. На последнем закреплен выполненный в виде пластины поводок 10 для передачи крутящего момента от вала 1 через обоймы 4 к подвижным фрикционным кольцам трения 3. Концы поводка 10 вставлены в выполненные в обоймах 4 подвижных фрикционных колец трения 3 пазы с возможностью перемещения обойм 4 подвижных фрикционных колец 3 в осевом направлении относительно вала 1, при этом фрикционные кольца трения 2 и 3 выступают в осевом направлении из обойм 4, в которые они запрессованы.
Уплотнение работает следующим образом.
Вращение вала 1 через опорную шайбу 6 и поводок 10 передается подвижным фрикционным кольцам трения 3. Пружинами 9 подвижные фрикционные кольца трения 3 удерживаются на своих местах и прижимаются каждое к своему неподвижному фрикционному кольцу трения 2, предотвращая утечки через торцевое уплотнение. Утечки вдоль поверхности вала 1 предотвращаются вторичными эластичными уплотнениями 5, которые прижимаются к валу 1 и подвижным кольцам трения 3 пружинами 9 через нажимные шайбы 8.
Настоящая полезная модель, может быть использована в машиностроении, нефтедобывающей и газодобывающей промышленности в насосах, турбинах и других видах машин, где требуется обеспечить герметичность между вращающимся валом и неподвижными элементами, например корпусом насоса или турбины.