СИСТЕМА КОНТАКТНОГО КОЛЬЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ, ИМЕЮЩАЯ СОСТАВНУЮ ВТУЛКУ ВАЛА
CONTACT RING SEAL SYSTEM HAVING A COMPOSITE SHAFT BUSHING

Настоящее изобретение касается системы контактного кольцевого уплотнения, имеющей составную втулку вала, которая разделена на две кольцевые части втулки и может зажимать контактное кольцо в осевом направлении между частями втулки.
Системы контактного кольцевого уплотнения известны из уровня техники в различных вариантах осуществления. Например, такие системы контактного кольцевого уплотнения применяются в центробежных насосах для уплотнения на валу центробежного насоса. При этом известно расположение контактного кольцевого уплотнения на цельной втулке вала, так чтобы эта система контактного кольцевого уплотнения могла поставляться заказчику в виде предварительно смонтированного конструктивного узла и должна была только крепиться на валу. Это имеет, в частности, преимущества при монтаже. Однако недостатком у таких контактных кольцевых уплотнений является то, что цельная втулка вала приходит в соприкосновение с уплотняемым продуктом, так что, в зависимости от продукта, для всей втулки вала должен применяться очень высококачественный и дорогой материал. Из-за этого втулка вала представляет собой очень длинный трубчатый конструктивный элемент, который может создавать проблемы при монтаже.
Поэтому задачей настоящего изобретения является предоставление системы контактного кольцевого уплотнения, которая при простой конструкции и возможности простого, экономичного изготовления позволит, в частности, повысить удобство монтажа и демонтажа на валу.
Задача решается с помощью системы контактного кольцевого уплотнения с признаками п.1 формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения показаны предпочтительные усовершенствования изобретения.
Предлагаемая изобретением система контактного кольцевого уплотнения с признаками п.1 формулы изобретения имеет то преимущество, что монтаж и демонтаж заметно упрощен. Далее, втулка вала этой системы контактного кольцевого уплотнения может изготавливаться гораздо экономичнее. При этом система контактного кольцевого уплотнения включает в себя контактное кольцевое уплотнение, имеющее вращающееся и неподвижное контактное кольца, которые задают между своими контактными поверхностями уплотнительный зазор. Далее, система контактного кольцевого уплотнения включает в себя систему втулки вала, имеющую составную втулку вала. Эта втулка вала в плоскости, перпендикулярной осевому направлению, аксиально разделена на первую кольцевую часть втулки и вторую кольцевую часть втулки. Затем эти две части втулки соединены друг с другом посредством стопорного соединения. Вращающееся контактное кольцо расположено на системе втулки вала, а стопорное соединение включает в себя по меньшей мере один стопорный выступ и вмещающую в себя этот стопорный выступ стопорную выемку для обеспечения возможности стопорения первой части втулки со второй частью втулки. При этом стопорное соединение может быстро и просто стопориться и так же быстро и просто снова разъединяться. При этом, например, возможно также, чтобы при замене контактных колец одна часть состоящей из двух частей системы втулки вала оставалась на уплотняемом валу, и разъединялось только стопорное соединение, а одна из частей втулки удалялась, и так могли заменяться контактные кольца. При этом соединение двух частей втулки может обеспечиваться без дополнительных конструктивных элементов, таких как винты или тому подобное.
Предпочтительно стопорное соединение представляет собой соединение путем вставления и вращения. При этом стопорное соединение создается таким образом, что две части втулки сначала совершают движение вставления в осевом направлении системы втулки вала, а затем осуществляется относительное вращение между первой и второй частью втулки, пока стопорный выступ стопорного соединения не будет помещен в стопорную выемку. Тогда система втулки вала застопорена. Для разъединения стопорного соединения должно сначала осуществляться вращение двух частей втулки в противоположном направлении вращения, для разъединения стопорения, а затем аксиальное удаление первой части втулки со второй части втулки.
Предпочтительно стопорное соединение включает в себя резьбовую систему, имеющую винтовую нарезку. При этом стопорная выемка расположена на этой винтовой нарезке. Стопорный выступ, чтобы попасть в стопорную выемку, должен сначала вестись по винтовой нарезке. Так как винтовая нарезка имеет подъем резьбы под острым углом относительно радиальной плоскости к средней оси системы втулки вала, при относительном вращении двух частей втулки получается сближение друг с другом первой и второй частей, так как при вращении стопорного выступа в винтовой нарезке две части втулки в осевом направлении придвигаются друг к другу.
Предпочтительно между винтовой нарезкой и стопорной выемкой расположен барьер. Этот барьер представляет собой повышенную, начиная от дна винтовой нарезки, область и имеет предпочтительно входную наклонную площадку и выходную наклонную площадку. Благодаря этому стопорный выступ может просто преодолевать этот барьер при вращении. Одновременно с помощью наклонных площадок может также обеспечиваться простое разъединение двух частей втулки.
Стопорная выемка стопорного соединения расположена предпочтительно на конце винтовой нарезки. При этом стопорная выемка замыкает винтовую нарезку.
Также предпочтительно на винтовой нарезке предусмотрена направляющая выемка для подвода стопорного выступа к винтовой нарезке. При этом вставление стопорного выступа в другую часть втулки в области направляющей выемки осуществляется, пока стопорный выступ не будет расположен на винтовой нарезке. Только тогда осуществляется вращение двух частей втулки друг относительно друга.
Особенно предпочтительно первая часть втулки на наружном периметре имеет упор, к которому прилегает вращающееся контактное кольцо, а на второй части втулки расположено эластомерное уплотнение, которое прилегает к вращающемуся контактному кольцу по поверхности, при этом вращающееся контактное кольцо расположено между этим упором и эластомерным уплотнением.
При этом особенно предпочтительно стопорное соединение в застопоренном состоянии действует с силой F в осевом направлении на эластомерное уплотнение, чтобы зажимать вращающееся контактное кольцо между эластомерным уплотнением и упором на первой части втулки. При этом одновременно со стопорением первой и второй частей втулки может также обеспечиваться зажатие вращающегося контактного кольца в системе втулки вала. Благодаря этому можно обойтись без других конструктивных элементов для удерживания контактного кольца, в частности держателя контактного кольца или тому подобных. При этом может создаваться особенно простая по конструкции и экономичная система контактного кольцевого уплотнения. Так как при зажатии контактного кольца это контактное кольцо находится своей задней стороной в контакте с мягким эластомерным уплотнением, можно избежать повреждения контактного кольца.
При этом эластомерное уплотнение представляет собой предпочтительно круглое кольцо.
Упор предпочтительно выполнен цельно с первой частью втулки и проходит кольцеобразно по периметру для достижения равномерного распределения силы при прижатии вращающегося контактного кольца к упору.
Также предпочтительно первая и вторая части втулки изготовлены каждая из различных материалов. При этом часть втулки, которая приходит в соприкосновение с уплотняемым продуктом, в случае если он является агрессивным продуктом или токсичным продуктом, или тому подобным, изготавливается из более высококачественного и обычно более дорогого материала. Другая часть втулки, которая не соприкасается с продуктом, может, в отличие от этого, изготавливаться из более экономичного материала. Благодаря этому также могут значительно снижаться расходы на изготовление по сравнению с применяемыми до сих пор цельными втулками вала.
Также предпочтительно стопорное соединение имеет по меньшей мере два стопорных выступа и две стопорные выемки. Особенно предпочтительно стопорное соединение имеет ровно три стопорных выступа и ровно три стопорные выемки.
Особенно предпочтительно стопорные выступы и стопорные выемки расположены по периметру на равных расстояниях друг от друга.
Предпочтительно внутренний диаметр первой части втулки равен внутреннему диаметру второй части втулки.
Далее, настоящее изобретение касается насоса, в частности центробежного насоса, имеющего предлагаемую изобретением систему контактного кольцевого уплотнения. При этом система контактного кольцевого уплотнения уплотняет нагнетаемую насосом жидкую среду на вращательном валу насоса.
Ниже со ссылкой на сопроводительный чертеж в деталях описывается один из предпочтительных примеров осуществления изобретения. На чертеже показано:
фиг.1: схематичный вид в сечении системы контактного кольцевого уплотнения по одному из предпочтительных примеров осуществления изобретения;
фиг.2: схематичный вид в перспективе в сечении системы втулки вала указанной системы контактного кольцевого уплотнения с фиг.1;
фиг.3: другой схематичный вид в перспективе в сечении системы втулки вала под другим углом, в незастопоренном состоянии;
фиг.4: схематичный вид в перспективе в сечении системы втулки вала с фиг.3, в застопоренном состоянии;
фиг.5: схематичный местный вид в сечении системы втулки вала с фиг.2 и
фиг.6: схематичный вид в сечении первой и второй части втулки системы втулки вала этого изобретения в разобранном состоянии.
Ниже со ссылкой на фиг.1-6 в деталях описывается система 1 контактного кольцевого уплотнения по первому примеру осуществления изобретения.
При этом система 1 контактного кольцевого осуществляет уплотнение на валу 10, который является частью не показанного насоса.
Система 1 контактного кольцевого уплотнения включает в себя контактное кольцевое уплотнение, имеющее вращающееся контактное кольцо 2 и неподвижное контактное кольцо 3, которое между контактной поверхностью 21 вращающегося контактного кольца и контактной поверхностью 31 неподвижного контактного кольца 3 задает уплотнительный зазор 4.
Система 1 контактного кольцевого уплотнения включает в себя также систему 5 втулки вала, которая в деталях видна на фиг.6. При этом система 5 втулки вала включает в себя первую часть 51 втулки и вторую часть 52 втулки. На фиг.6 эти две части 51, 52 втулки для пояснения конструкции показаны в не соединенном друг с другом состоянии. При этом внутренний диаметр D1, D2 двух частей 51, 52 втулки одинаков и постоянен, без уступа.
Две части 51, 52 втулки системы 5 втулки вала могут соединяться друг с другом посредством стопорного соединения 6. При этом соединенное состояние двух частей 51, 52 втулки изображено на фиг.5. Стопорное устройство 6 включает в себя три стопорных выступа 60 и три стопорные выемки 61. Стопорные выступы 60 расположены на первой части 51 втулки, а стопорные выемки 61 расположены на второй части 52 втулки.
Как явствует из фиг.6, по периметру на равных периметрических расстояниях первой части 51 втулки предусмотрены три стопорных выступа 60, и соответственно также три стопорные выемки 61 на второй части 52 втулки.
Как видно из фиг.2 и 3, стопорное соединение 6 включает в себя также еще винтовую нарезку 7 и направляющую выемку 71. При этом винтовая нарезка 7 имеет среднюю линию M, которая расположена под углом α относительно перпендикуляра к средней линии X-X системы 5 втулки вала (сравн. фиг.6). Угол α определяет подъем винтовой нарезки 7 и в этом примере осуществления равен прибл. 3°. При этом с помощью винтовой нарезки 7 при стопорении между первой и второй частью 51, 52 втулки достигается осевое движение двух частей 51, 52 втулки друг к другу.
Чтобы застопорить друг с другом две части 51, 52 втулки, как обозначено на фиг.3 стрелками A и B, выполняется соединение путем вставления и вращения. При этом стопорные выступы 60 вводятся каждый аксиально в направляющие выемки 71 на второй части 52 втулки в направлении стрелки A. Затем две части 51, 52 втулки вращаются друг относительно друга, так что стопорные выступы 60, как обозначено на фиг.3 стрелкой B, движутся в винтовых нарезках 7 в направлении стопорных выемок 61. Как, в частности, видно из фиг.6, стопорные выемки 61 расположены при этом каждая на конце одной винтовой нарезки 7.
Как видно также из фиг.3 и 5, между стопорной выемкой 61 и винтовой нарезкой 7 предусмотрен барьер 70. При движении стопорного выступа 60 в направлении стрелки B стопорный выступ 60 должен, таким образом, преодолевать барьер 70, чтобы попасть в стопорную выемку 61. При этом с каждой из двух сторон барьера 70 предусмотрены наклонные площадки для обеспечения простого стопорения при приложении наименьшей возможной силы. При этом при переходе барьера 70 осуществляется упругая деформация соединительного элемента 60a стопорного выступа 60, который соединяет стопорный выступ 60 с первой частью 51 втулки. Таким образом, барьер 70 служит для фиксации первой части 51 втулки на второй части 52 втулки.
Как видно также, в частности, из фиг.2, 3 и 6, на первой части 51 втулки на наружном периметре предусмотрен также упор 53 для вращающегося контактного кольца 2. Как показано на фиг.2, вращающееся контактное кольцо 2 прилегает при этом к упору 53 первой части 51 втулки. Кроме того, на второй части 52 втулки на торцевой стороне этой второй части 52 втулки предусмотрено эластомерное уплотнение 8 (первое уплотнение), которое направлено в направлении первой части 51 втулки. Как видно из фиг.2 и 5, при этом эластомерное уплотнение 8 прилегает к вращающемуся контактному кольцу 2 со стороны, которая противоположна контактной поверхности 21. Так как в застопоренном состоянии осуществляется относительное движение первой и второй части 51, 52 втулки друг к другу, при расположении эластомерного уплотнения 8 на эластомерное уплотнение 8 может действовать сила F начального напряжения, и за счет этого вращающееся контактное кольцо 2 может зажиматься между упором 53 и эластомерным уплотнением 8 на второй части 52 втулки. При этом становится возможна надежная фиксация вращающегося контактного кольца 2 на системе 5 втулки вала без необходимости для этого других конструктивных элементов. При этом мягкое эластомерное уплотнение 8 препятствует повреждениям вследствие зажатия. При этом удается избежать контакта между вращающимся контактным кольцом 2 и второй частью 52 втулки, и при эксплуатации всегда сохраняется зазор. В частности, нет необходимости предусматривать винтовое соединение или тому подобное, так что может создаваться вращающееся контактное кольцо 2, не имеющее выемок или утонений, или тому подобного. Благодаря этому дополнительно повышается срок службы вращающегося контактного кольца.
Эластомерное уплотнение 8 предусмотрено предпочтительно в виде круглого кольца.
Для достижения надежного уплотнения на валу 10 предусмотрено также еще второе уплотнение 9 на второй части 52 втулки, на направленной к валу стороне. Это второе уплотнение 9 предпочтительно тоже представляет собой круглое кольцо.
Как также видно, в частности, из фиг.1, система 1 контактного кольцевого уплотнения может при этом уплотнять сторону 11 продукта от стороны 12 атмосферного давления. Как показано на фиг.1, при этом первая часть 51 втулки не вступает в контакт с продуктом, а только вторая часть 52 втулки вступает в контакт с продуктом. Это позволяет изготавливать две части 51, 52 втулки из различных материалов. В частности, при этом в случае агрессивного продукта из высококачественного и дорогого материала больше не должна изготавливаться вся втулка вала, а в соответствии с изобретением возможно, чтобы только вторая часть 52 втулки изготавливалась из высококачественного материала, а первая часть 51 втулки может изготавливаться, соответственно требованиям к ней, из более экономичного материала.
Как видно также из фиг.1, на наружном периметре вращающегося контактного кольца 2 предусмотрен бандаж 20. Также на неподвижном контактном кольце 3 предусмотрено устройство 32 начального напряжения в виде пружинного элемента.
При этом ссылочное обозначение 30 обозначает корпус, на котором расположено неподвижное контактное кольцо 3.
При этом, как видно из фиг.3 и 4, стопорное соединение 6 может стопориться с помощью соединения путем вставления и вращения, когда стопорные выступы 60 первой части 51 втулки в осевом направлении вставляются в направляющие выемки 71, а затем осуществляется вращение первой части 51 втулки относительно второй части 52 втулки (стрелка B), пока стопорные выступы 60 не застопорятся в стопорных выемках 61. Для разъединения стопорения осуществляется сначала вращение двух частей 51, 52 втулки (стрелка C на фиг.4), а потом аксиальное разведение.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Система контактного кольцевого уплотнения
2 Вращающееся контактное кольцо
3 Неподвижное контактное кольцо
4 Уплотнительный зазор
5 Система втулки вала
6 Стопорное соединение
7 Винтовая нарезка
8 Первое уплотнение/эластомерное уплотнение
9 Второе уплотнение
10 Вал
11 Сторона продукта
12 Сторона атмосферного давления
20 Бандаж
21 Контактная поверхность вращающегося контактного кольца
30 Корпус
31 Контактная поверхность неподвижного контактного кольца
32 Устройство для начального напряжения
51 Первая часть втулки
52 Вторая часть втулки
53 Упор
60 Стопорный выступ
60a Соединительный элемент
61 Стопорная выемка
70 Барьер
71 Направляющая выемка
A Направление вставления
B Направление вращения
C Обратное вращение
D1 Внутренний диаметр первой части втулки
D2 Внутренний диаметр второй части втулки
F Зажимная сила, созданная стопорным соединением
M Средняя линия
X-X Средняя ось системы втулки вала
α Угол винтовой нарезки