ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА

Область техники
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к конструкциям торцевых уплотнений вала.
Уровень техники
Известно торцевое уплотнение вала, включающее расположенные на валу упорное кольцо и подвижное кольцо трения с цилиндрическими расточками, обращёнными друг к другу, размещённую между ними осевую цилиндрическую пружину с поджатыми и нешлифованными крайними витками, передающую крутящий момент от упорного кольца к подвижному кольцу трения и поджимающую его к неподвижному, установленному в корпусе, а также манжеты из эластичного материала, установленные в цилиндрические расточки упорного кольца и подвижного кольца трения с возможностью взаимодействия их с последними и крайними витками осевой пружины (патент RU № 2095668 С1, МПК: F16J 15/34, опубликовано 10.11.1997, Акционерное общество «Машиностроительный завод»).
Недостатком указанного решения является одновременное выполнение пружиной трёх функций: 1) обеспечение поджатия подвижного кольца трения к неподвижному, 2) обеспечение передачи крутящего момента подвижному кольцу трения от упорного кольца, 3) обеспечение необходимой герметизации по валу путём вдавливания манжет из эластичного материала в цилиндрические расточки упорного кольца и подвижного кольца трения за счёт радиальной нагрузки, создаваемой при сборке поджатыми и нешлифованными крайними витками пружины.
Наиболее близким известным техническим решением (прототипом) является опорно нажимной узел торцевого уплотнения вала (патент RU 167 896 U1, МПК : F16J 15/34, опубликовано 11.01.2017, Общество с ограниченной ответственностью ПК « Ремэлектропромнефть»).
Узел содержит выполненную из эластомера втулку с осевым сквозным отверстием  для расположения в нем вала. На наружных поверхностях втулки  выполнены два кольцевых бурта. На одном торце втулки выполнена кольцевая выемка, в которой установлено уплотнительное кольцо. Узел также содержит два бандажных кольца, выполненных из металла, и цилиндрическую пружину сжатия, установленную между бандажными кольцами. Бандажные кольца  снабжены зубьями.
Недостатки данного технического решения заключаются в том, что вращательный момент от ведущего элемента, жёстко связанного с валом, к ведомому элементу передаётся через пружину, металлические бандажные кольца, эластомерную втулку, в которую вставлено уплотнительное кольцо, зафиксированное только эластомерной втулкой, что не позволяет надёжно закрепить уплотнительное кольцо во втулке, на которое непосредственно передаётся крутящий момент от вала.
В указанных выше технических решениях пружины испытывают значительные нагрузки, подвижные уплотнительные кольца подвержены смещениям, не обеспечивается достаточная жесткость передачи вращательного момента от вала на подвижное уплотнительное кольцо, рабочие поверхности уплотнительных колец подвержены перегреву и разрушению,  что приводи к преждевременному выходу из строя торцевого уплотнения.
Актуальная техническая проблема заключается в необходимости создания торцевого уплотнения вала, обладающего повышенной надёжностью и увеличенным сроком службы.
Краткое изложение сущности полезной модели
В одном аспекте полезная модель раскрывает торцевое уплотнение, содержащее  неподвижное кольцо трения, подвижное кольцо трения, при этом на подвижном кольце трения выполнена канавка, эластомерную втулку, выполненную со сквозным отверстием для расположения вала,  два бандажных кольца, снабжённых зубьями, при этом бандажные кольца выполнены с удлинёнными буртиками,  пружину сжатия, установленную между бандажными кольцами, прижимную шайбу для фиксации неподвижного кольца трения, при этом подвижное и неподвижное кольца трения выполнены из сплава литого карбида вольфрама с медью, эластичную манжету.
В другом аспекте полезная модель раскрывает диаметр канавки, выполненной на подвижном кольце трения  торцевого уплотнения равный 0,5-1,5 мм. В другом аспекте полезная модель раскрывает, что канавка выполнена в полукруглой форме.
В другом аспекте эластомерная втулка выполнена из термостойкого эластомерного материала.
В другом аспекте полезная модель раскрывает, что бандажные кольца являются металлическими бандажными кольцами.
В другом аспекте полезная модель раскрывает, что прижимная шайба выполнена из нержавеющей стали.
В другом аспекте полезная модель раскрывает, что прижимная шайба выполнена из латуни.
В другом аспекте полезная модель раскрывает, что неподвижное кольцо трения содержит канавку, расположенную по наружному диаметру кольца.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение надёжности и увеличение срока службы торцевого уплотнения вала.
Повышенная надёжность и увеличение срока службы торцевого уплотнения вала, достигаются посредством: выполнения канавки в подвижном кольце трения торцевого уплотнения, по его наружному диаметру, что обеспечивает увеличенную площадь контакта подвижного кольца трения с эластомерной втулкой, позволяя предотвратить смещения подвижного кольца трения; выполнения бандажных колец с удлиненными буртиками, обеспечивающими надлежащую посадку эластомерной втулки по удлинённым буртикам, что обеспечивает более надежное крепление подвижного кольца трения, при этом повышая жёсткость (надежность) передачи вращательного момента от вала на подвижное кольцо трения; применения прижимной шайбы для фиксации неподвижного кольца трения,  предотвращая смещение неподвижного кольца, и обеспечивая разгрузку пружины, что приводит к снижению осевой нагрузки на пару трения; выполнения подвижного и неподвижного колец трения из сплава литого карбида вольфрама (рэлита) с медью, что предотвращает перегрев и разрушение рабочих поверхностей колец трения при возникновении кратковременного «сухого» трения.  Указанные выше преимущества обеспечивают повышенную надёжность торцевого уплотнения вала в целом, и как следствие, увеличенный срок эксплуатации торцевого уплотнения вала.
Краткое описание чертежей
Масштаб компонентов на чертежах может отличаться от реального.
На фиг. 1 показано изображение части торцевого уплотнения вала в продольном разрезе, включающей эластомерную втулку, подвижное кольцо трения, бандажные кольца, пружину (вал не показан);
На фиг. 2 показан увеличенный вид разреза части торцевого уплотнения  фиг. 1, включающей канавку, выполненную по наружному диаметру подвижного кольца трения;
На фиг. 3 показан вид части торцевого уплотнения вала с частичным разрезом, отображающим удлинённый буртик бандажного кольца;
На фиг. 4 показано изображение первого варианта осуществления части торцевого уплотнения вала в продольном разрезе, включающей неподвижное кольцо трения, прижимную шайбу для фиксации неподвижного кольца трения, эластичную манжету.
На фиг. 5 показано изображение второго варианта осуществления части торцевого уплотнения вала в продольном разрезе, включающей неподвижное кольцо трения, прижимную шайбу для фиксации неподвижного кольца трения, эластичную манжету.
Подробное описание вариантов осуществления полезной модели
Торцевое уплотнение 1 вала содержит эластомерную втулку 10  с осевым сквозным отверстием для расположения в ней вала (вал не показан), которая обеспечивает герметичность торцевого уплотнения при допустимых осевых перемещениях вала. Втулка может быть выполнена из различных термостойких эластомеров, известных специалисту в данной области техники. Бандажные кольца 3, 4 снабжены зубьями и надеты на эластомерную втулку с двух сторон так, чтобы зубья каждого из бандажных колец были направлены друг к другу. Бандажные кольца 3,4 содержат удлинённые буртики, обеспечивающие надлежащую посадку кольцевых краёв эластомерной втулки (фиг. 1). Бандажные кольца могут быть выполнены из металлов, сплавов и других пригодных материалов, известных специалисту в данной области техники. Между бандажными кольцами установлена пружина 5 сжатия.  Подвижное кольцо 2 трения установлено в выемку на торце эластомерной втулки 10. Кольцевые края эластомерной втулки расположены в удлиненных буртиках бандажных колец 3,4, что обеспечивает неподвижность эластомерной втулки в радиальном направлении и позволяет создать необходимый натяг при установке подвижного кольца 2 трения  в эластомерной втулке 10, а также предотвращает поворот подвижного кольца 2 трения относительно эластомерной втулки 10 при передаче крутящего момента от вала (фиг. 1).
Для повышения надежности крепления подвижного кольца 2 трения в эластомерной втулке 10, в подвижном кольце 2 трения, по его наружному диаметру, выполнена канавка 11 (фиг. 2). Канавка 11 может иметь полукруглую, треугольную, прямоугольную формы.
Необходимые размеры канавки 11 подбираются специалистом на основании размеров торцевого уплотнения и диаметра вала. Например, диаметр полукруглой канавки может быть равен 0,5-1,5 мм, в частности, 0,8 мм, в случае торцевого уплотнения для вала диаметром 25 мм.
Выполнение канавки 11 в подвижном кольце 2 трения, по его наружному диаметру, позволяет увеличить площадь контакта между эластомерной втулкой 10 и подвижным кольцом 2 трения, позволяет предотвратить осевое перемещение подвижного кольца 2 трения в эластомерной втулке 10,  а также позволяет предотвратить поворот подвижного кольца 2 трения относительно эластомерной втулки 10. Наличие удлинённых буртиков бандажных колец 3,4, а также канавки 11, выполненной в подвижном кольце 2 трения, по его наружному диаметру, значительно повышает надёжность передачи вращательного момента от вала на подвижное кольцо 2 трения.
Неподвижное кольцо 6 трения торцевого уплотнения вала зафиксировано от осевого перемещения прижимной шайбой 8 (фиг. 4, фиг. 5). Прижимная шайба может быть выполнена из нержавеющей стали или латуни, либо любого другого пригодного материала, известного специалисту. Размеры прижимной шайбы подбираются специалистом на основании габаритных размеров торцевого уплотнения вала. Например, для торцевого уплотнения вала, диаметр которого (вала) равен 25 мм, толщина прижимной шайбы может составлять 0,5-1,5 мм, в частности 1 мм.
Применение прижимной шайбы 8 для фиксации неподвижного кольца пары трения значительно разгружает пружину 5 сжатия, а соответственно и саму кольцевую пару трения. В данном случае, пружина сжатия только создаёт необходимый натяг для обеспечения герметичности между подвижный кольцом 2 трения и неподвижным кольцом 6 трения, и не выполняет функцию фиксации неподвижного кольца 6 трения от осевого смещения относительно корпуса оборудования, в котором применяется торцевое уплотнение вала.
Применение прижимной шайбы 8 для фиксации неподвижного кольца 6 трения также обеспечивает возможность использования более слабой пружины и приводит к снижению осевой нагрузки на кольцевую пару трения, увеличивает надежность кольцевой пары трения (подвижного кольца 2 трения и неподвижного кольца 6 трения), и увеличивает срок эксплуатации торцевого уплотнения.
Герметичность соединения неподвижного кольца 6 трения с фланцем или корпусом оборудования 9, в котором применяется торцевое уплотнение вала, может быть обеспечена с помощью эластичной манжеты 7 (фиг. 4, фиг. 5).
В одном варианте осуществления эластичная манжета может быть установлена под неподвижным кольцом трения (фиг. 4).
В одном из вариантов осуществления эластичная манжета 7 установлена в канавке, выполненной по наружному диаметру неподвижного кольца 6 трения (фиг. 5).
В торцевом уплотнении подвижное и неподвижное кольца 2, 6 трения выполнены из сплава литого гранулометрического карбида вольфрама (рэлита) с медью. При возникновении кратковременного «сухого» трения медь выполняет функцию смазки между подвижным и неподвижным кольцами 2,6 трения, предотвращая перегрев и разрушение рабочих поверхностей  колец трения. Это значительно увеличивает надежность и эксплуатационный ресурс торцевого уплотнения.
Настоящая полезная модель обеспечивает надежное торцевое уплотнение вала, обладающее увеличенным сроком эксплуатации.