ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА

Полезная модель относится к уплотнительной технике и может быть использована для уплотнения вращающихся валов.
Известно торцевое уплотнение, содержащее подвижное и неподвижное кольца пары трения, причем подвижное фрикционное кольцо закреплено на валу, охватывает последний 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 пазы обоймы (см. авторское свидетельство SU №731152, кл. F16J 15/34, 30.04.80).
Однако в данной конструкции уплотнения подвижное фрикционное кольцо 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 торцевое уплотнение вращающегося вала, содержащее охватывающие вал неподвижные и подпружиненные, вставленные в выполненные в виде кольца обоймы и выступающие из последних в осевом направлении подвижные фрикционные кольца, причем каждое из последних прижато к своему неподвижному фрикционному кольцу, при этом обоймы снабжены эластичным уплотненительным элементом относительно вала (см. патент на полезную модель RU №55913, кл. F16J 15/34, 27.08.2006).
Описанное выше торцевое уплотнение имеет более высокую надежность работы, однако и в этой конструкции уплотнения кольца пары трения запрессованы в металлические обоймы, что не позволяет неподвижному и подвижному кольцу самоустанавливаться относительно друг друга, что приводит к их неравномерному износу и местным перегревам в процессе работы и, в конечном итоге, может привести к их разрушению. Как следствие, данное торцевое уплотнение может быть ограниченно
использовано по времени непрерывной работы, что усложняет эксплуатацию торцевого уплотнения и приводит к снижению надежности его работы.
Задача полезной модели - создать условия для эффективного отвода тепла от колец пары трения и предотвратить неравномерный износ фрикционных колец в процессе работы уплотнения, за счет создания условий для самоустановки подвижного и неподвижного фрикционных колец относительно друг друга.
Техническим результатом, на достижение которого направлена настоящая полезная модель, является повышение надежности работы торцевого уплотнения.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что торцевое уплотнение вращающегося вала содержит охватывающие вал неподвижные и подвижные фрикционные кольца, причем каждое из последних установлено в обойме и посредством пружин прижато к своему неподвижному фрикционному кольцу, при этом обоймы снабжены эластичным уплотнительным элементом для уплотнения обоймы относительно вала, при этом каждая обойма выполнена с тонкостенной цилиндрической стенкой, на боковой поверхности каждого подвижного фрикционного кольца выполнены, по крайней мере, два паза, в которые для передачи крутящего момента от обоймы к подвижному фрикционному кольцу после его установки в обойме отогнута тонкостенная цилиндрическая стенка, при этом каждое подвижное фрикционное кольцо расположено в обойме с возможностью перемещения в радиальном и осевом направлениях для самоустановки подвижного фрикционного кольца относительно неподвижного и эластичного уплотнительного элемента, причем подвижное фрикционное кольцо установлено с упором в последние.
Для решения поставленной задачи подвижные фрикционные кольца и обоймы, в которые они вставлены, представляют собой однотипные простые в изготовлении детали, а именно каждое подвижное фрикционное кольцо вставлено в выполненную из стали обойму с тонкостенной цилиндрической стенкой, при этом на боковой поверхности каждого подвижного фрикционного кольца выполнены, по крайней мере, два паза, в которые для передачи крутящего момента от обоймы к подвижному фрикционному кольцу после установки его в кольцевой паз отогнута тонкостенная цилиндрическая стенка обоймы. Таким образом фиксация подвижного фрикционного кольца в обойме представляет собой простую технологическую операцию, причем представляется возможным легко заменить подвижное фрикционное кольцо в обойме, если в этом возникнет необходимость.
Поскольку фрикционные кольца выступают в осевом направлении из обойм и каждое подвижное фрикционное кольцо расположено в обойме с возможностью
перемещения в радиальном и осевом направлениях подвижное и неподвижное фрикционные кольца самоустанавливаются относительно друг друга и относительно эластичного уплотнительного элемента, через которую передается усилие пружины для прижатия указанных колец друг к другу при одновременной герметизации осевого зазора между валом и фрикционными кольцами. Как результат, удается компенсировать возможные неточности монтажа уплотнения и обеспечить равномерный контакт подвижного и неподвижного фрикционных колец и обеспечить при этом доступ к ним рабочей жидкости, которая выполняет также роль охлаждающей жидкой среды.
При использовании для трущихся фрикционных колец твердых износостойких материалов, например таких, как химинат, карбид вольфрама, карбид кремния или металлокерамический твердый сплав, износ фрикционных колец, работающих, как правило, по одноименному материалу, зависит от твердости этого материала. Поэтому в ходе проведенных исследований было установлено, что достаточно обеспечить степень свободы подвижных фрикционных колец в радиальном и осевом направлениях в стальной обойме в пределах 0,01-2,0 мм, причем с увеличением твердости износостойкого материала увеличивается и степень свободы, например, для карбида вольфрама от 0,5 мм до 2,0 мм, а для химината или силицированного графита от 0,01 мм до 1,0 мм, что связано с тем, что с увеличением твердости износостойкого материала ухудшается процесс притирки материалов друг к другу.
На фиг.1 представлен общий вид описываемого уплотнения.
На фиг.2 представлен продольный разрез обоймы с подвижным фрикционным кольцом в сборе.
На фиг.3 представлен вид в плане на обойму с подвижным фрикционным кольцом.
Торцевое уплотнение вращающегося вала содержит охватывающие вал 1 неподвижные фрикционные кольца 2 и подпружиненные подвижные фрикционные кольца 3. Каждое из подвижных фрикционных колец 3 прижато к своему неподвижному фрикционному кольцу 2. Каждое подвижное фрикционное кольцо 3 вставлено в выполненную из стали обойму 4 в полость образованную тонкостенной цилиндрической стенкой 5, а на боковой поверхности каждого подвижного фрикционного кольца 3 выполнены, по крайней мере, два паза (см. фиг.2 и 3), в которые для передачи крутящего момента от обоймы 4 к подвижному фрикционному кольцу 3 после установки его в кольцевой паз отогнута тонкостенная цилиндрическая стенка 5 обоймы 4, при этом каждое подвижное фрикционное кольцо 3 расположено в обойме 4 с возможностью перемещения в радиальном и осевом направлениях для самоустановки подвижного фрикционного кольца 3 относительно неподвижного фрикционного кольца 2 и
эластичного уплотнительного элемента 6, например эластичной манжеты, причем подвижное фрикционное кольцо 3 установлено с упором в последние.
Каждая обойма 4 подвижного фрикционного кольца 3 выполнена с эластичной манжетой 6 для организации уплотнения относительно вала 1. Между подвижными фрикционными кольцами 3 на валу 1 установлен сепаратор 7, зафиксированный от проворота относительно вала 1 посредством установленного в сепараторе 7 подпружиненного штифта 8, выходной конец которого расположен в выполненном на валу 1 пазу. Каждая эластичный уплотнительный элемент 6 установлена в своей обойме 4 подвижного фрикционного кольца 3 и снабжена с открытого торца нажимной шайбой 9. Между нажимными шайбами 9 установлены вокруг вала 1 пружины 10, проходящие через отверстия в сепараторе 7. На последнем закреплен выполненный, например в виде пластины, поводок 11 для передачи крутящего момента от вала 1 через обоймы 4 к подвижным фрикционным кольцам 3. Концы поводка 11 вставлены в выполненные в обоймах 4 подвижных фрикционных колец 3 пазы с возможностью перемещения обойм 4 подвижных фрикционных колец 3 в осевом направлении относительно вала 1, при этом подвижные фрикционные кольца 3 выступают в осевом направлении из обойм 4, в которые они вставлены.
Уплотнение работает следующим образом.
Вращение вала 1 через сепаратор 7 нажимные шайбы 9 и поводок 11 передается подвижным фрикционным кольцам 3. Пружинами 10 подвижные фрикционные кольца 3 удерживаются на своих местах и прижимаются каждое к своему неподвижному фрикционному кольцу 2, предотвращая утечки через торцевое уплотнение. Утечки вдоль поверхности вала 1 предотвращаются эластичными уплотнительными элементами 6, которые прижимаются к валу 1 и подвижным фрикционным кольцам 3 пружинами 10 через нажимные шайбы 9.
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.