САЛЬНИКОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ С МЯГКОЙ НАБИВКОЙ ТРАПЕЦЕИДАЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ

Полезная модель относится к области сальниковых уплотнений 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 (втулкой) сальника.
К недостаткам известной конструкции следует отнести неравномерную эпюру радиального давления (перпендикулярно к цилиндрической поверхности штока), что снижает надежность уплотнения и повышает размеры деталей, фиксирующих положение крышки сальника.
Известно также сальниковое уплотнение (SU 815406, 21.03.1981, МПК: F16K 41/02), частично исправляющее упомянутый недостаток, состоящее из цилиндрической сальниковой камеры, расположенной в подвижной втулке, закрепленной подвижно в крышке трубопроводной арматуры, загерметизированной относительно последней сильфонным уплотнением. При подаче давления последнее воздействует на подвижную втулку и перемещает ее верх, тем самым сжимает нижние, слабонагруженные от затяжки сальниковой втулки слои набивки, выравнивая радиальное давления по длине набивки. При этом сильфон, герметизирующий зазор между перемещаемой втулкой и крышкой, деформируется.
К недостаткам данного сальникового узла относится невысокая его надежность, обусловленная наличием деформируемого сильфона, закрепленного сваркой.
Известен сальниковый узел (RU 2317465, 25.11.2005, МПК: F16K 41/02, прототип), состоящий из сальниковой камеры с ограничительным дном, в которую помещен уплотнитель, охватывающий шток и поджимаемый крышкой. Наружная стенка сальниковой камеры выполнена из двух частей цилиндрической и конической, сужающейся ко дну камеры. Благодаря конической части обеспечивается создание дополнительного удельного давления уплотнителя на шток без увеличения усилия затяжки уплотнителя крышкой. В результате выравнивается эпюра радиального давления по длине штока.
Недостатком конструкций является то, что не вся рабочая область камеры сальника выполнена конической. Из-за наличия цилиндрической части имеет место неравномерность распределения удельных нагрузок по длине набивки и соответственно увеличенная первоначальная осевая нагрузка.
Целью полезной модели является повышение надежности сальникового уплотнения за счет обеспечения минимальной постоянной по длине сальника нагрузки.
Поставленная цель достигается тем, что сечения нажимной крышки, уплотнителя (сальниковой набивки) и внутренней поверхности сальниковой камеры имеют трапецеидальную форму, сужающуюся ко дну камеры, при этом угол наклона боковой стороны сечений относительно оси вала, как показали исследования, равен 3-15°. Камера имеет только коническую часть.
Благодаря такой конструкции минимальная удельная нагрузка, необходимая для герметизации вала (обычно определяемая у дна камеры) сохраняется постоянной по всей длине уплотнителя (набивки сальника), сопрягаемой с валом, из-за увеличения горизонтальной нагрузки на вал за счет уменьшения площади поперечного сечения уплотнителя вследствие конической боковой поверхности его и камеры сальника.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором представлено сальниковое уплотнение с мягкой набивкой трапецеидального сечения.
Сальниковое уплотнение с мягкой набивкой трапецеидального сечения состоит из уплотнительного элемента 1 (вала или штока), камеры сальника с ограничительным дном 2, в которую помещен уплотнитель (мягкая сальниковая набивка) 3, охватывающий уплотняемый элемент, нажимной крышки 4 и резьбовых крепежных деталей 5 (не показаны), причем сечения нажимной крышки 4 и внутренней поверхности камеры сальника 2 также имеют трапецеидальную форму.
При затяжке нажимной крышкой уплотнитель, перемещаясь по конической поверхности сальниковой камеры, получает дополнительную нагрузку вследствие уменьшения его поперечного сечения, горизонтальная составляющая которой будет примерно равна падению горизонтального усилия на вал от силы затяжки уплотнителя за счет сил трения его о замыкающие элементы уплотнения.
При таком исполнении подбором в заданном интервале значения угла α конуса камеры сальника можно обеспечить одинаковую удельную нагрузку, равную минимальной удельной нагрузке герметизации и равномерно распределенную по высоте уплотнителя при снижающейся за счет трения уплотнителя о замыкающие его элементы уплотнения осевой силе затяжки.
В рассматриваемой конструкции уплотнения с трапецеидальным сечением уплотнителя и сальниковой камеры, имеющей только коническую часть, при установленном в заданном интервале значении угла α удельная осевая нагрузка на набивку будет минимальная, полученная из условия обеспечения заданной герметичности и постоянная по высоте уплотнителя. Постоянными будут значения и коэффициента бокового давления и силы трения. В результате получается равномерная эпюра радиального давления набивки о замыкающие ее поверхности элементов уплотнения, благодаря чему уменьшается износ уплотнителя и вала, что, несомненно, повышает надежность работы сальникового уплотнения.