ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА

Полезная модель относится к области гидромашиностроения, более конкретно к уплотнительным устройствам, и может быть использована для герметизации вращающегося вала погружного электродвигателя, применяемого в качестве привода насоса для откачки жидкости из скважин, колодцев и т.д.
Известно торцовое уплотнение вала, описанное в патенте Украины на полезную модель №1260, М. кл. 7 F 16 J 15/34, опуб. 17.02.2002., бюл. №6. Указанное торцовое уплотнение вала содержит неподвижное и контактирующее с ним вращающееся уплотнительные кольца, а также сильфон, поджатый одним концом к вращающемуся уплотнительному кольцу, а другим - к валу. К вращающемуся уплотнительному кольцу сильфон поджат с помощью винтовой пружины через обжимную втулку, которая выполнена в виде шайбы, взаимодействующей с наружным кольцевым буртом на конце сильфона. Другой конец сильфона, размещенный на валу, поджат к нему также с помощью винтовой пружины, которая взаимодействует с заплечиком опорного элемента, установленного на валу. Во вращающемся уплотнительном кольце выполнена кольцевая расточка.
Кольцевая расточка имеет ступенчатую форму и расположена со стороны наружной цилиндрической поверхности вращающегося уплотнительного кольца. Кольцевой бурт, который имеется на конце сильфона, размещен в указанной ступенчатой кольцевой расточке. Обжимная втулка в виде шайбы также установлена в расточке. Шайба закреплена распорным кольцом, которое размещено в кольцевом пазу,
выполненном на большей боковой поверхности расточки вращающегося уплотнительного кольца.
Недостатком известной конструкции можно считать низкую надежность при увеличении диаметра уплотнительных колец и срока эксплуатации уплотнения, что обусловлено недостаточной механической прочностью сильфона.
Наиболее близкой заявляемой можно считать выбранную в качестве прототипа конструкцию торцового уплотнения вала, представленную в патенте Украины №50856, М. кл. 6 F 16 J 15/34, опуб. 15.11.2002., бюл. №11.
Известное торцовое уплотнение вала содержит неподвижное и контактирующее с ним вращающееся уплотнительные кольца и сильфон, установленный одним концом во вращающемся уплотнительном кольце и поджатый к нему. Другой конец сильфона установлен на валу и поджат к нему обжимной втулкой с заплечиком, имеющей возможность осевого перемещения относительно вращающегося уплотнительного кольца. На наружной цилиндрической поверхности вращающегося уплотнительного кольца со стороны, противоположной его уплотняющей поверхности, выполнена проточка. Известное устройство содержит также винтовую пружину, одним концом взаимодействующую с вращающимся уплотнительным кольцом, а другим с заплечиком обжимной втулки. Обжимная втулка имеет, в свою очередь, возможность взаимодействия с опорным элементом, размещенным на валу. Указанные признаки являются общими с заявляемой конструкцией.
Обжимная втулка выполнена из двух частей, и имеет заплечики на каждой из них. Части втулки соединены между собой с возможностью осевого перемещения. Внутренняя поверхность части
обжимной втулки, поджимающей сильфом к валу, и контактирующая с ней наружная поверхность сильфона выполнены в виде усеченных конусов, большим основанием направленных от колец.
Для исключения проворота частей обжимной втулки на внутренней цилиндрической поверхности той части втулки, которая поджимает сильфон к вращающемуся уплотнительному кольцу, по образующей выполнены цилиндрические упоры с возможностью установки в ответных радиусных пазах, имеющихся на наружной поверхности другой части втулки.
Недостатками известного торцового уплотнения можно считать недостаточную надежность при длительной эксплуатации, что связано с возможностью повреждения сильфона частями обжимной втулки при их осевом перемещении, когда одновременно передается вращение подвижному уплотнительному кольцу, происходит осевое перемещение сильфона и осуществляется прижим вращающегося уплотнительного кольца к неподвижному кольцу. Особенно это сказывается по истечении времени, когда происходит старение материала сильфона и истирание уплотняющих поверхностей колец. Кроме того, конструкция устройства и процесс ее сборки сложны.
В основу создания полезной модели поставлена задача разработки такого торцового уплотнения вала, конструкция которого обеспечивает исключение влияния на сильфон в процессе его старения кинематической связи, обеспечивающей передачу вращения вала подвижному уплотнительному кольцу и его прижим к неподвижному уплотняющему кольцу. Кроме того, предложенное устройство должно иметь более простую конструкцию, что позволит упростить процесс сборки.
Поставленная задача решается тем, что усовершенствуется известное торцовое уплотнение вала, которое содержит неподвижное и контактирующее с ним вращающееся уплотнительные кольца и сильфон, расположенный одним концом во вращающемся уплотнительном кольце и поджатый к нему. Другой конец сильфона установлен на валу и поджат к нему обжимной втулкой с заплечиком, имеющей возможность осевого перемещения относительно вращающегося уплотнительного кольца. На наружной цилиндрической поверхности вращающегося уплотнительного кольца со стороны, противоположной его уплотняющей поверхности, выполнена проточка. Известное устройство содержит также винтовую пружину, одним концом взаимодействующую с вращающимся уплотнительным кольцом, а другим с заплечиком обжимной втулки. Обжимная втулка имеет, в свою очередь, возможность взаимодействия с опорным элементом, размещенным на валу.
Согласно полезной модели во вращающемся уплотнительном кольце и обжимной втулке выполнены внутренняя цилиндрическая расточка и скос, который является продолжением расточки с расширением в сторону свободного конца указанных элементов. Один конец сильфона расположен во внутренней цилиндрической расточке вращающегося уплотнительного кольца и поджат к нему при помощи распорного кольца, установленного на валу. Торцем внутренней цилиндрической расточки обжимной втулки образован бурт с возможностью взаимодействия с другим концом сильфона. Скосы на обжимной втулке и вращающемся уплотнительном кольце, контактирующие с выпуклой частью сильфона, образуют тупые углы с цилиндрической поверхностью расточек в них. При этом скос на обжимной втулке переходит в дополнительную внутреннюю
цилиндрическую поверхность, которая находится непосредственно со стороны свободного конца втулки.
Возможность осевого перемещения обжимной втулки относительно вращающегося уплотнительного кольца обеспечивается при помощи цилиндрических упоров, которые выполнены по образующей на дополнительной внутренней цилиндрической поверхности обжимной втулки. При этом упоры размещены так, что имеют возможность установки в ответных радиусных пазах, расположенных на проточке наружной цилиндрической поверхности вращающегося уплотнительного кольца.
Заявляемая конструкция иллюстрируется чертежом, где показано предлагаемое торцовое уплотнение вала в продольном разрезе.
Торцовое уплотнение вала содержит неподвижное 1 и контактирующее с ним вращающееся 2 уплотнительные кольца. В устройство также входит сильфон 3, поджатый одним концом к вращающемуся уплотнительному кольцу 2. Другим концом сильфон 3 поджат к валу 4 обжимной втулкой 5 с заплечиком 6. Устройство содержит также расположенную коаксиально сильфона 3 винтовую пружину 7, одним концом непосредственно взаимодействующую с вращающимся уплотнительным кольцом 2, а другим - с заплечиком 6 обжимной втулки 5. В свою очередь втулка 5 имеет возможность взаимодействия с опорным элементом 8, установленным на валу 4.
Во вращающемся уплотнительном кольце 2 и в обжимной втулке 5 выполнены обращенные друг к другу внутренние цилиндрические расточки 9 и 10 соответственно, а также скосы 11 и 12, которые являются продолжением расточек 9 и 10 с расширением в сторону свободных концов кольца 2 и втулки 5. Скосы 11 и 12 расположены по обе стороны выпуклой части сильфона 3.
Конец сильфона 3 со стороны вращающегося кольца 2 установлен в его расточке 9 и поджат к нему при помощи распорного кольца 13, охватывающего вал 4. Торцем цилиндрической расточки 10 обжимной втулки 5, в месте контакта с опорным элементом 8, образован бурт 14, в который может упираться второй конец сильфона 3. Скосы 12 и 11 на обжимной втулке 5 и вращающемся уплотнительном кольце 2, контактирующие с выпуклой частью сильфона 3, образуют тупые углы с цилиндрической поверхностью расточек 10 и 9 в них соответственно.
Возможность осевого перемещения обжимной втулки 5 относительно вращающегося уплотнительного кольца 2 образована при помощи цилиндрических упоров 15, которые выполнены по образующей на дополнительной внутренней цилиндрической поверхности части втулки 5, расположенной непосредственно со стороны ее свободного конца до скоса 12. При этом упоры 15 расположены на втулке 5 с возможностью установки в ответных радиусных пазах 16, имеющихся на проточке 17, выполненной на наружной цилиндрической поверхности вращающегося уплотнительного кольца 2. Неподвижное кольцо 1 устанавливается в корпусе электродвигателя (на чертеже не показан) и уплотняется эластичным кольцом 18.
Уплотнение работает следующим образом.
Вращение вала 4 через сильфон 3 передается уплотнительному кольцу 2, которое поджимается к неподвижному уплотнительному кольцу 1 пружиной 7. Сильфон 3 герметизирует торцовое уплотнение на валу 4 и обеспечивает кинематическую связь вала 4 с вращающимся уплотнительным кольцом 2. Обжимная втулка 5, распорное кольцо 13, расточка 9 и скос 11 на вращающемся
уплотнительном кольце 2 образуют замкнутый объем для конца сильфона 3, установленного в кольце 2, что обеспечивает требуемый обжим для надежной работы торцового уплотнения в период всего его срока службы. Влияние осевого перемещения сильфона 3 на надежность крепления конца сильфона 3 во вращающемся уплотнительном кольце 2, благодаря действию элементов, образующих замкнутый объем, отсутствует. Аналогично втулка 5 со скосом 12, совместно с пружиной 7 буртом 14 в расточке 10 и валом 4 исключает влияние осевого перемещения сильфона 3 на место его прижима к валу 4. Таким образом, достигается заданная надежность конструкции и требуемые условия герметизации.